DE69305847T2 - DEVICE AND METHOD FOR REMOVING POLLUTANTS FROM WASTEWATER - Google Patents
DEVICE AND METHOD FOR REMOVING POLLUTANTS FROM WASTEWATERInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein ein biologisches Schadstoffentfrachtungsverfahren. Bei dem vorliegenden Verfahren verwendet man einen mit einem Adsorptionsmittel beschichteten biologisch aktiven Träger zur Verwendung bei biologischen Schadstoffentfrachtungsverfahren, beispielsweise bei industriellen und kommunalen Abwässern und Abfallprodukten, und einen den biologisch aktiven Träger enthaltenden Bioreaktor.The present invention relates generally to a biological depollutant process. The present process utilizes a biologically active carrier coated with an adsorbent for use in biological depollutant processes, such as industrial and municipal wastewater and waste products, and a bioreactor containing the biologically active carrier.
Zur Schadstoffentfrachtung gibt es bereits verschiedene chemische und biologische Verfahren, unter denen die biologische Entfrachtung einen wirksamen und sehr erwünschten Ansatz darstellt. Ganz allgemein gesagt, metabolisieren schadstoffentfrachtende Mikroorganismen Schadstoffe zu einfachen chemischen Strukturen und bauen sie zuweilen sogar vollständig ab, und zwar entweder in einem aeroben Prozeß zu Kohlendioxid und Wasser oder in einem anaeroben Prozeß zu Methan.There are already various chemical and biological processes for removing pollutants, of which biological removal is an effective and highly desirable approach. Generally speaking, depolluting microorganisms metabolize pollutants into simple chemical structures and sometimes even break them down completely, either in an aerobic process to carbon dioxide and water or in an anaerobic process to methane.
Man kennt bereits verschiedene biologische Entfrachtungsverfahren. So beschreibt beispielsweise die US-A-4 634 672 biologisch aktive Zusammensetzungen zur Reinigung von Abwasser und Abluft, die ein Polyurethan- Hydrogel, enthaltend (i) oberflächenaktive Kohle mit einer spezifischen BET-Oberfläche von über 50 m²/g, ein Polymer mit kationischen Gruppen und enzymatisch aktive und wachstumsfähige Zellen, enthalten. Die US-A-4 681 852 beschreibt ein Verfahren zur biologischen Reinigung von Abwasser und/oder Abluft, bei dem man das Wasser oder die Luft mit der biologisch aktiven Zusammensetzung gemäß US- A-4 634 672 in Berührung bringt. Die in diesen Patenten angeführten Versuchsbeispiele zeigen, daß man mit diesem Verfahren die Schadstoffkonzentrationen im Austragsstrom nicht unter 44 Teile pro Million (ppm) verringern kann.Various biological depollution processes are already known. For example, US-A-4 634 672 describes biologically active compositions for the purification of waste water and waste air, which contain a polyurethane hydrogel containing (i) surface-active carbon with a specific BET surface area of more than 50 m²/g, a polymer with cationic groups and enzymatically active and viable cells. US-A-4 681 852 describes a process for the biological purification of waste water and/or waste air, in which the water or the air is brought into contact with the biologically active composition according to US-A-4 634 672. The test examples cited in these patents show that this process cannot reduce the pollutant concentrations in the discharge stream to below 44 parts per million (ppm).
Eine weitere Verfeinerung der Verwendung von Aktivkohle bei der aeroben Oxidation von Phenolverbindungen gelang Rehm und Mitarbeitern durch den Einsatz von Mikroorganismen, die auf körnigem Kohlenstoff als porösem Biomassenträgersystem immobilisiert waren. Unter Ausnutzung der Neigung der Mikroorganismen, auf einer Oberfläche zu wachsen und daran gebunden zu bleiben, verwendete Rehm körnige Aktivkohle mit großer Oberfläche (1300 m²/g) als Träger, an dem innerhalb seiner Makroporen und an seiner Oberfläche Zellen gebunden waren, als poröses Biomassenträgersystem in einem Schlaufenreaktor zur Phenolentfernung; siehe H.M. Ehrhardt und H.J. Rehm, Microbiol. Biotechnol., 21, 32-6 (1985). Die erhaltenen "immobilisierten" Zellen zeigten eine Phenolverträglichkeit bis zu einem Zulaufstromgehalt von etwa 15 g/L, freie Zellen dagegen nur eine Verträglichkeit von bis zu 1,5 g/L. Es wurde postuliert, daß die Aktivkohle beim Schutz der immobilisierten Mikroorganismen durch Absorption von toxischen Phenolkonzentrationen und Freisetzung von nur geringen Mengen des absorbierten Phenols zum allmählichen biologischen Abbau wie ein "Puffer und Vorratslager" funktioniert. Diese Arbeit konnte durch die Verwendung einer auf Aktivkohle immobilisierten Mischkultur noch etwas verbessert werden [A. Morsen und H.J. Rehm, Apl. Microbiol. Biotechnol., 26, 283-8 (1987)], wobei die Forscher bemerkten, daß eine beträchtliche Menge der Mikroorganismen in das wäßrige Medium "herausgewachsen" war, d.h. in ihrem System trat erhebliche Schlammbildung auf.Rehm and his colleagues further refined the use of activated carbon in the aerobic oxidation of phenolic compounds by using microorganisms immobilized on granular carbon as a porous biomass carrier system. By taking advantage of the tendency of microorganisms to grow on a surface and remain bound to it, Rehm used granular activated carbon with a high surface area (1300 m²/g) as a carrier, to which cells were bound within its macropores and on its surface, as a porous biomass carrier system in a loop reactor for phenol removal; see HM Ehrhardt and HJ Rehm, Microbiol. Biotechnol., 21, 32-6 (1985). The resulting "immobilized" cells showed phenol tolerance up to a feed stream content of about 15 g/L, whereas free cells only tolerated up to 1.5 g/L. It was postulated that the activated carbon functions as a "buffer and storage facility" in protecting the immobilized microorganisms by absorbing toxic phenol concentrations and releasing only small amounts of the absorbed phenol for gradual biodegradation. This work could be improved somewhat by using a mixed culture immobilized on activated carbon [A. Morsen and HJ Rehm, Apl. Microbiol. Biotechnol., 26, 283-8 (1987)], where the researchers noted that a considerable amount of the microorganisms had "outgrown" into the aqueous medium, ie, considerable sludge formation occurred in their system.
Durch Imprägnierung von flexiblen polymeren Schaumstoffen mit Aktivkohle kann man bekanntlich die Beständigkeit von Geweben und Kleidungsstücken gegenüber dem Durchgang von schädlichen Chemikalien und Gasen erhöhen, siehe beispielsweise US-PS 4,045,609 und 4,046,939. Dort wird jedoch weder die Verwendung dieser Schaumstoffe bei der Abwasserbehandlung noch die Tatsache, daß diese Schaumstoffe einen überlegenen Immobilisierungsträger für das Wachstum und die Aktivität von Mikroorganismen darstellen, erwähnt.It is known that the impregnation of flexible polymeric foams with activated carbon can increase the resistance of fabrics and clothing to the passage of harmful chemicals and gases, see for example US Patent Nos. 4,045,609 and 4,046,939. However, there is no mention of the use of these foams in wastewater treatment or of the fact that these foams represent a superior immobilization carrier for the growth and activity of microorganisms.
Givens und Sack, 42. Purdue University Industrial Waste Conference Proceedings, S. 93-102 (1987), führten eine ausführliche Untersuchung eines mit Kohlenstoff imprägnierten Polyurethan-Schaumstoffs als mikrobiellem Trägersystem für die aerobe Entfernung von Schadstoffen, darunter auch Phenol, durch. Dazu wurde in einem Belebtschlammreaktor intern mit Aktivkohle imprägnierter poröser Polyurethan-Schaumstoff mit extern daran gebundenen Mikroorganismen verwendet. Bei dem Verfahren trat jedoch erhebliche Schlammbildung auf, wobei der Kohlenstoff keinen vorteilhafte Wirkung zeigte.Givens and Sack, 42nd Purdue University Industrial Waste Conference Proceedings, pp. 93-102 (1987), conducted a detailed investigation of a carbon-impregnated polyurethane foam as a microbial carrier system for the aerobic removal of contaminants, including phenol. For this purpose, activated carbon-impregnated polyurethane foam was used internally in an activated sludge reactor. porous polyurethane foam with microorganisms externally bound to it was used. However, the process resulted in significant sludge formation, and the carbon had no beneficial effect.
H. Bettmann und H.J. Rehm, Appl. Microbial. Biotechnol., 22, 389-393 (1985), verwendeten einen Wirbelschicht-Bioreaktor zum kontinuierlichen aeroben Phenolabbau, der bei einer hydraulischen Verweilzeit von etwa 15 Stunden gelang, wobei sie in einem Polyacrylamid- Hydrazid-Gel eingeschlossene Pseudomonas putida einsetzten. Es wurde auch schon über die Verwendung von Mikroorganismen, die in Polyurethan-Schaumstoffen eingeschlossen sind, bei der aeroben Phenoloxidation in Schüttelkolben berichtet; siehe A.M. Anselmo et al., Biotechnology B.L., 7, 889-894 (1985). Dabei scheint es sich um den einzigen Bericht über den Einsatz von Mikroorganismen, die in einem Schaumstoff eingeschlossen sind, zum biologischen Abbau von organischen Schadstoffen zu handeln.H. Bettmann and H.J. Rehm, Appl. Microbial. Biotechnol., 22, 389-393 (1985), used a fluidized bed bioreactor for continuous aerobic phenol degradation, achieving a hydraulic residence time of about 15 hours, using Pseudomonas putida entrapped in a polyacrylamide hydrazide gel. The use of microorganisms entrapped in polyurethane foams for aerobic phenol oxidation in shake flasks has also been reported; see A.M. Anselmo et al., Biotechnology B.L., 7, 889-894 (1985). This appears to be the only report of the use of microorganisms entrapped in a foam for the biodegradation of organic pollutants.
Bekannte biologische Entfrachtungsverfahren weisen jedoch eine Reihe von inhärenten Nachteilen auf. Beispielsweise ergibt sich als bedeutende Folge des gestiegenen Einsatzes derartiger Verfahren eine ständig wachsende Schlammenge, die ein ernstes Entsorgungsproblem darstellt.However, known biological decontamination processes have a number of inherent disadvantages. For example, a significant consequence of the increased use of such processes is a constantly growing amount of sludge, which represents a serious disposal problem.
Zur Lösung des Schlammproblems wurde der Einsatz von anaeroben Abwasserbehandlungssystemen vorgeschlagen; siehe William J. Jewel, "Anaerobic Sewage Treatment", Environ. Sci. Technol., Band 21, Nr. 1 (1987). Der größte Unterschied zwischen aeroben und anaeroben Systemen liegt in der Zellenausbeute. Anaerobe Systeme können jedoch nur eine beschränkte Zahl von Substraten abbauen bzw. metabolisieren, sie können weder mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe noch unsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Anthracen und Phenanthren, die in industriellen Abwässern wie Abwässern aus der Steinkohlenteer- und Koksverarbeitung häufig neben Phenol vorliegen, abbauen bzw. metabolisieren (siehe Battersby, N.S. und Wilson, Valerie, "Survey of the Anaerobic Biodegradation Potential of Organic Chemicals in digesting Sludge", Applied and Environmental Microbiology, Band 55, Nr. 2, S. 433-439 (Februar 1989), und J.M. Thomas, M.D. Lee, M.J. Scott und C.H. Ward, "Microbial Ecology of the Subsurface at an Abandoned Creosote Waste Site", Journal of Industrial Microbiology, Band 4, S. 109-120 (1989)).The use of anaerobic sewage treatment systems has been proposed to solve the sludge problem; see William J. Jewel, "Anaerobic Sewage Treatment," Environ. Sci. Technol., Vol. 21, No. 1 (1987). The main difference between aerobic and anaerobic systems is the cell yield. However, anaerobic systems can only degrade or metabolize a limited number of substrates; they cannot degrade or metabolize polynuclear aromatic hydrocarbons or unsubstituted aromatic hydrocarbons such as benzene, anthracene and phenanthrene, which are often present alongside phenol in industrial wastewater such as coal tar and coke processing wastewater (see Battersby, NS and Wilson, Valerie, "Survey of the Anaerobic Biodegradation Potential of Organic Chemicals in digesting Sludge", Applied and Environmental Microbiology, Vol. 55, No. 2, pp. 433-439 (February 1989), and JM Thomas, MD Lee, MJ Scott, and CH Ward, "Microbial Ecology of the Subsurface at an Abandoned Creosote Waste Site", Journal of Industrial Microbiology, Vol. 4, pp. 109-120 (1989)).
Ein weiterer inhärenter Nachteil einiger bekannter biologischer Entfrachtungsverfahren besteht darin, daß bei diesen Verfahren der Gehalt an organischen Schadstoffen bei angemessenen Verweilzeiten (bevorzugt unter 24 Stunden) nicht auf angemessene Werte, bevorzugt unter 0,1 Teile pro Million (ppm), verringert wird, wie oben bereits ausgeführt.Another inherent disadvantage of some known biological removal processes is that these processes do not reduce the content of organic pollutants to reasonable levels, preferably below 0.1 parts per million (ppm), with reasonable residence times (preferably less than 24 hours), as already stated above.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein biologisch aktiver Träger zur Entfernung von Schadstoffen aus einem Fluidstrom, enthaltend:The present invention relates to a biologically active carrier for removing pollutants from a fluid stream, comprising:
(a) einen beschichteten Träger aus einem Substrat mit einer mindestens stellenweise darauf aufgebrachten Beschichtungszusammensetzung, enthaltend (i) mindestens ein teilchenförmiges Absorptionsmittel, das die Schadstoffe absorbiert und dann wieder freisetzt; (ii) mindestens ein das Absorptionsmittel an die Oberfläche des Substrats bindendes Bindemittel mit einer Tg unter 100ºC und gegebenenfalls (iii) eine zwitterionische oder anionische Suspendierhilfe, wobei die Suspendierhilfe aus der Gruppe bestehend aus Sulfonat, Sulfat, Sulfit, Phosphat, Phosphit, Phosphonat, Carboxylat und Kombinationen daraus ausgewählte anionische Funktionalitäten aufweist, und(a) a coated carrier made of a substrate with a coating composition applied thereto at least in places, containing (i) at least one particulate absorbent which absorbs and then releases the pollutants; (ii) at least one binder binding the absorbent to the surface of the substrate with a Tg below 100°C and optionally (iii) a zwitterionic or anionic suspending aid, the suspending aid having anionic functionalities selected from the group consisting of sulfonate, sulfate, sulfite, phosphate, phosphite, phosphonate, carboxylate and combinations thereof, and
(b) einen oder mehrere Schadstoffe abbauende Mikroorganismen, die auf die Oberfläche des beschichteten Trägers haftend aufgebracht sind.(b) one or more pollutant-degrading microorganisms adhered to the surface of the coated carrier.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Reinigung eines schadstoffhaltigen wäßrigen Einsatzstroms, bei dem man den Einsatzstrom in Gegenwart eines eine wirksame Menge Sauerstoff enthaltenden Gases durch einen Bioreaktor führt, wobei der Bioreaktor einen biologisch aktiven Träger gemäß der vorstehenden Definition enthält.The present invention also relates to a process for purifying an aqueous feed stream containing pollutants, in which the feed stream is passed through a bioreactor in the presence of a gas containing an effective amount of oxygen, the bioreactor containing a biologically active carrier according to the above definition contains.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Herstellung des biologisch aktiven Trägers, bei dem man:The present invention also relates to a process for producing the biologically active carrier, which comprises:
(a) auf die Oberfläche eines Substrats ein Bindemittel aufträgt,(a) applying a binder to the surface of a substrate,
(b) auf das Bindemittel ein oder mehrere teilchenförmige Absorptionsmittel aufträgt,(b) applying one or more particulate absorbents to the binder,
(c) das Bindemittel aushärten läßt und(c) allowing the binder to harden and
(d) einen oder mehrere Mikroorganismen auf die Oberfläche des beschichteten Trägers haftend aufbringt, wobei das Bindemittel das Absorptionsmittel an die Oberfläche des Substrats bindet und eine Tg unter 100ºC aufweist, die Absorptionsmittel die Schadstoffe absorbieren können und die Mikroorganismen die Schadstoffe abbauen können.(d) adhering one or more microorganisms to the surface of the coated support, the binder binding the absorbent to the surface of the substrate and having a Tg below 100ºC, the absorbents being capable of absorbing the contaminants and the microorganisms being capable of degrading the contaminants.
Gegenstand der Erfindung in einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung des biologisch aktiven Trägers, bei dem man:The invention in another embodiment relates to a process for producing the biologically active carrier, in which:
(a) eine Aufschlämmung herstellt, die mindestens ein Bindemittel, ein oder mehrere teilchenförmige Absorptionsmittel, eine zwitterionische oder anionische Suspendierhilfe und ein nichtaromatisches Lösungsmittel enthält,(a) preparing a slurry containing at least a binder, one or more particulate absorbents, a zwitterionic or anionic suspending aid and a non-aromatic solvent,
(b) die Aufschlämmung auf die Oberfläche eines Substrats aufträgt, so daß man einen beschichteten Träger erhält,(b) applying the slurry to the surface of a substrate to form a coated carrier,
(c) den beschichteten Träger trocknen läßt und(c) allowing the coated carrier to dry and
(d) einen oder mehrere Mikroorganismen auf die Oberfläche des beschichteten Trägers haftend aufbringt, wobei das Bindemittel das Absorptionsmittel an die Oberfläche des Substrats bindet und eine Tg unter 100ºC aufweist, die Absorptionsmittel die Schadstoffe absorbieren können, die Suspendierhilfe aus der Gruppe bestehend aus Sulfonat, Sulfat, Sulfit, Phosphat, Phosphit, Phosphonat, Carboxylat und Kombinationen daraus ausgewählte anionische Funktionalitäten aufweist und die Mikroorganismen die Schadstoffe abbauen können.(d) adhering one or more microorganisms to the surface of the coated carrier, wherein the binder binds the absorbent to the surface of the substrate and has a Tg below 100°C, the absorbents are capable of absorbing the contaminants, the suspending aid has anionic functionalities selected from the group consisting of sulfonate, sulfate, sulfite, phosphate, phosphite, phosphonate, carboxylate and combinations thereof, and the microorganisms are capable of degrading the contaminants.
Ein tieferes Verständnis und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, wobei zeigen:A deeper understanding and further benefits of Invention will become apparent from the following detailed description and the accompanying drawings, in which:
Figur 1 eine Seitenquerschnittsansicht eines Vertikalreaktors zur Verwendung bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;Figure 1 is a side cross-sectional view of a vertical reactor for use in a preferred embodiment of the invention;
Figur 2 eine Seitenquerschnittsansicht eines Horizontalreaktors zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.Figure 2 is a side cross-sectional view of a horizontal reactor for use in the process according to the invention.
Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht eines bevorzugten biologisch aktiven Teilchens zur Verwendung bei dem erfundungsgemäßen Verfahren.Figure 3 shows a cross-sectional view of a preferred biologically active particle for use in the method of the invention.
Figur 4 zeigt ein Diagramm eines Trägers mit einer Überzugsschicht mit Adsorptionsmittel, das in dem Überzug dispergiert ist.Figure 4 shows a diagram of a support having a coating layer with adsorbent dispersed in the coating.
Erfindungsgemäß werden Verfahren und Vorrichtungen zur biologischen Schadstoffentfrachtung bereitgestellt. Durch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden Reinigungsverfahren eingeführt, durch die die Schadstoffgehalte im Austragsstrom eines Reaktors trotz einer gelegentlichen "Schockbelastung" des biologischen Systems durch einen verhältnismäßig hohen Schadstoffgehalt im Zulauf wesentlich reduziert und oft sogar unter den von der US-Umweltschutzbehörde EPA vorgeschriebenen Konzentrationen gehalten werden können. "Schockbelastung" bezieht sich dabei auf eine Veränderung der Schadstoffkonzentration im Zulaufstrom von etwa 500 bis 5.000 Teilen pro Million über einen verhältnismäßig kurzen Zeitraum, der gewöhnlich im Bereich von 1 h bis zu 1-2 Tagen liegt. Will man ein Reinigungsverfahren erhalten, das gegenüber Schockbelastung durch verhältnismäßig hohe Schadstoffgehalte im Zulaufstrom beständig ist, was auch oft als Beständigkeit gegenüber Störungen bezeichnet wird, so ist die Wahl der biologisch aktiven Trägermaterialien und der darin verwendeten Komponenten wichtig. Eines der Hauptziele der Erfindung ist die Bereitstellung eines Trägermaterials mit einer wirksamen Menge an aktivem Adsorptionsmittel auf einem Substrat zur Verwendung in einem Reaktor zur biologischen Abfallbehandlung, die den gesetzlich vorgeschriebenen Schadstoffgehalt im Austragsstrom erreicht und gegenüber Störungen des Behandlungssystems beständig ist.According to the invention, methods and apparatus for biological contaminant removal are provided. Embodiments of the present invention introduce purification processes that can significantly reduce contaminant levels in the effluent stream of a reactor, and often even keep them below the concentrations prescribed by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA), despite occasional "shock loading" of the biological system by a relatively high contaminant level in the feed. "Shock loading" refers to a change in the contaminant concentration in the feed stream of about 500 to 5,000 parts per million over a relatively short period of time, usually in the range of 1 hour to 1-2 days. In order to obtain a purification process that is resistant to shock loading by relatively high contaminant levels in the feed stream, which is also often referred to as resistance to interference, the choice of biologically active carrier materials and the components used therein is important. One of the main objectives of the invention is to provide a carrier material having an effective amount of active adsorbent on a substrate for use in a biological waste treatment reactor, which achieves the legally required contaminant content in the discharge stream and is resistant to disturbances in the treatment system.
Viele Gedanken der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann unter Bezugnahme auf die Figuren besser verständlich. In den Figuren 1 und 2 bezeichnet die Zahl 10 einen Reaktor zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Dabei speist man einen einen oder mehrere Schadstoffe enthaltenden Abwasserstrom über Einlaß 12 in den Reaktor 10 ein, leitet ihn in Gegenwart eines Gases, das eine wirksame Menge Sauerstoff enthält, mit einer zur Verringerung der Konzentration mindestens eines der Schadstoffe im Austragsstrom auf den gewünschten Gehalt ausreichenden Geschwindigkeit durch Reaktor 10 und trägt über Auslaß 14 wieder aus dem Reaktor aus. Der Reaktor 10 enthält mehrere biologisch aktive Trägermaterialien, die in den Figuren 1 und 2 durch die Zahl 16 dargestellt sind. Wie in Figur 3 dargestellt ist, enthalten die biologisch aktiven Trägermaterialien 16 einen Träger 18 mit einem oder mehreren Typen von teilchenförmigen Absorptionsmitteln 20 für mindestens einen der in dem wäßrigen Strom enthaltenen Schadstoffe. Dabei sind die Absorptionsmittel auf der Oberfläche des Substrats 18, in den Mikroporen des Substrats 18 oder sowohl auf der Oberfläche des Trägers 18 als auch in den Mikroporen des Substrats 18 mit Hilfe eines Bindemittels fest gebunden. Die Absorptionsmittel können dabei nicht nur auf der Oberfläche des Substrats 18, sondern daneben oder stattdessen im Innern des Substratmaterials vorliegen. Biologisch aktive Trägermaterialien 16 enthalten außerdem auf, in oder auf und in dem Substrat 18 und/oder dem Absorptionsmittel 20 noch eine oder mehrere Typen von Mikroorganismen, die mindestens einen der im Abfallstrom enthaltenen Stoffe metabolisieren können.Many aspects of the present invention will be better understood by those skilled in the art by reference to the figures. In Figures 1 and 2, the numeral 10 designates a reactor for use in the process of the invention. A waste water stream containing one or more pollutants is fed into reactor 10 via inlet 12, passed through reactor 10 in the presence of a gas containing an effective amount of oxygen at a rate sufficient to reduce the concentration of at least one of the pollutants in the effluent stream to the desired level, and discharged from the reactor via outlet 14. Reactor 10 contains a plurality of biologically active carrier materials, represented in Figures 1 and 2 by the numeral 16. As shown in Figure 3, the biologically active carrier materials 16 include a carrier 18 with one or more types of particulate absorbents 20 for at least one of the pollutants contained in the aqueous stream. The absorbents are firmly bound to the surface of the substrate 18, in the micropores of the substrate 18 or both to the surface of the carrier 18 and in the micropores of the substrate 18 using a binding agent. The absorbents can be present not only on the surface of the substrate 18, but also next to it or instead inside the substrate material. Biologically active carrier materials 16 also contain on, in or on and in the substrate 18 and/or the absorbent 20 one or more types of microorganisms that can metabolize at least one of the substances contained in the waste stream.
Bei einem Verfahren zur Reinigung eines Abfallstroms durch biologischen Abbau leitet man den einen oder mehrere Schadstoffe enthaltenden Abfalleinsatzstrom durch einen Bioreaktor, der die Biomassenträger enthält und im allgemeinen mit Schadstoffe abbauenden Mikroorganismen vorbehandelt worden ist. Bei den erfindungsgemäßen Biomassenträgern handelt es sich um einen Träger, auf dem sich eine wirksame Menge einen oder mehrere Schadstoffe abbauender Mikroorganismen befindet. Die Träger werden vor ihrer Verwendung durch Beimpfung mit Mikroorganismen biologisch aktiv gemacht.In a process for cleaning a waste stream by biological degradation, the waste feed stream containing one or more contaminants is passed through a bioreactor which contains the biomass carriers and has generally been pretreated with microorganisms that degrade pollutants. The biomass carriers according to the invention are a carrier on which an effective amount of one or more microorganisms that degrade pollutants is located. The carriers are made biologically active by inoculation with microorganisms before use.
Das bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendete Substrat kann hinsichtlich seiner Gestalt variieren. Die Größe und Form des Substrats kann stark variieren. Beispielsweise kann das Substrat in Form von regelmäßig, wie z.B. rohrförmig, stabförmig, rechteckig, kugelförmig, hexagonal oder dergleichen, oder auch unregelmäßig geformten Teilchen vorliegen. Die Substratgröße kann stark variieren und beträgt bevorzugt mindestens etwa 0,25 cm bis etwa 60 cm. Besonders bevorzugte Substratgrößen liegen bei etwa 0,25 cm bis etwa 30 cm, ganz besonders bevorzugte Substratgrößen bei etwa 1,3 cm bis etwa 15 cm, wobei eine Teilchengröße von etwa 1,3 cm bis etwa 8 cm die Teilchengröße der Wahl darstellt.The substrate used in the practice of the present invention can vary in shape. The size and shape of the substrate can vary widely. For example, the substrate can be in the form of regular, such as tubular, rod-shaped, rectangular, spherical, hexagonal or the like, or even irregularly shaped particles. The substrate size can vary widely and is preferably at least about 0.25 cm to about 60 cm. Particularly preferred substrate sizes are about 0.25 cm to about 30 cm, most particularly preferred substrate sizes are about 1.3 cm to about 15 cm, with a particle size of about 1.3 cm to about 8 cm being the particle size of choice.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Substrat bevorzugt um ein offenzelliges Material mit verhältnismäßig hoher Makroporosität, wie beispielsweise einen Schaumstoff. Dadurch kann ein schadstoffhaltiger Einsatzstrom durch das Innere des Substrats fließen. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Substrathohlräume mindestens 0,2 Millimeter und bevorzugt etwa 0,2 mm bis etwa 6 mm groß. Die Substrate müssen auch gegenüber den Scherkräften und dem Abrieb in einem Festbettreaktor beständig sein und sollten auch gute Druckfestigkeit besitzen. In diesen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Substrat 18 bevorzugt semiflexibel und besitzt zur optimalen wirtschaftlichen Nutzbarkeit eine Dichte von unter etwa 2 Pfund pro Kubikfuß (32 kg/m³). Es kommen jedoch auch Substrate mit höherer Dichte, von etwa 4 bis etwa 5 Pfund pro Kubikfuß (64 bis 80 kg/m³) oder noch mehr, in Betracht. Dabei ist zu beachten, daß die Dichte des Substrats mit der Wirtschaftlichkeit der Erfindung und nicht mit ihrer Wirksamkeit zusammenhängt; die Erfindung läßt sich mit einem großen Bereich von Substratdichten ausführen, wenngleich bestimmte Bereiche ausgeprägte wirtschaftliche Vorteile bieten mögen.In the preferred embodiments of the present invention, the substrate is preferably an open cell material with relatively high macroporosity, such as a foam. This allows a contaminant-containing feed stream to flow through the interior of the substrate. In the preferred embodiments of the invention, the substrate voids are at least 0.2 millimeters and preferably about 0.2 mm to about 6 mm. The substrates must also be resistant to the shear forces and abrasion in a fixed bed reactor and should also have good compressive strength. In these preferred embodiments of the invention, the substrate 18 is preferably semi-flexible and has a density of less than about 2 pounds per cubic foot (32 kg/m³) for optimal economic viability. However, substrates with higher densities, from about 4 to about 5 pounds per cubic foot (64 to 80 kg/m³) or even more, are also contemplated. Note that the density of the substrate is related to the economics of the invention and not to its effectiveness; the invention may be practiced over a wide range of substrate densities, although certain ranges may offer distinct economic advantages.
Das zur Bildung des Substrats verwendete Material ist nicht kritisch und kann stark variieren. Die einzigen Anforderungen bestehen darin, daß das Material nicht abgebaut werden darf, wenn es mit Bindemittel, Lösungsmittel, Abfallstrom oder Mikroorganismen in Berührung kommt, daß es eine bestimmte Affinität zum Bindemittel und/oder Adsorptionsmittel der Wahl besitzt und das Substrat die Eigenschaften des Adsorptionsmittels und/oder des Bindemittels nicht beeinträchtigt.The material used to form the substrate is not critical and can vary widely. The only requirements are that the material must not degrade when in contact with the binder, solvent, waste stream or microorganisms, that it has a certain affinity for the binder and/or adsorbent of choice and that the substrate does not interfere with the properties of the adsorbent and/or binder.
Als Substanzen zur Herstellung des Substrats eignen sich beispielsweise Keramiken, synthetische Boride, Gläser und dergleichen. Weitere Beispiele für geeignete Substratsubstanzen sind synthetische und natürlich vorkommende polymere Substanzen, wie z.B. Polyamide wie Nylon-6,6, Nylon-4, Nylon-6, Nylon-10, Nylon-12, Nylon-6,10 und dergleichen; Polyester wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Poly-1,4-cyclohexandimethylenterephthalat und dergleichen; Polyolefine wie Polyethylen, Polypropylen, Poly-4-methylpenten, Polystyrol und dergleichen; Vinylpolymere wie Polyvinylalkohol, Polyvinylmethylether, Polyvinylmethylketon, Polyvinylpyrrolidon und dergleichen; Acrylpolymere wie Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polymethylacrylat, Polymethylmethacrylat, Polyacrylnitril, Polyacrylamid, Polymethacrylamid und dergleichen. Weiterhin eignen sich als polymere Substanzen zur Verwendung bei der Herstellung des polymeren Substrats Polyurethane, wie z.B. die aus der Umsetzung von (a) Diisocyanaten wie Toluoldiisocyanaten, Diphenylmethandiisocyanaten, Hexamethylen-1,6-diisocyanat, Dicyclohexylmethandiisocyanat, 1,5-Naphthalindiisocyanat, p- Phenylendiisocyanat, m-Phenylendiisocyanat, 2,4-Toluoldiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, 3,3'- Dimethyl-4,4'-diphenylmethandiisocyanat, 3,3'-Dimethyl- 4,4'-biphenyldiisocyanat, 4,4'-Diphenylisopropylidiendiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenyldiisocyanat, 3,3'-Dimethyl-4,4'-diphenylmethandiisocyanat, 3,3'- Dimethoxy-4,4'-biphenyldiisocyanat, Dianisidindiisocyanat, Tolidindiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Diisocyananodiphenylmethan und dergleichen mit (b) Polyolen, wie z.B. Glycerin, Trimethyolpropan, 1,2,6- Hexantriol, Methylglycosid Pentaerythrit, Sorbit, Saccharose, Ethylenglykol, Diethylenglykol und hydroxyterminierten Polyestern abgeleiteten. Diese Polyester lassen sich durch direkte Veresterung von Dicarbonsäure mit einem Überschuß an di- oder polyfunktionellem Alkohol herstellen. Beispiele für die Säuren sind Polytetramethylenadipat, Polyethylenadipat, Poly-1,4-butylenadipat, Poly-1,5-pentylenadipat, Poly-1,3-butylenadipat, Polyethylensuccinat und Poly-2,3-butylensuccinat. Man kann auch Polyetherpolyole einsetzen. Die Polyetherpolyole lassen sich durch Umsetzung einer Verbindung mit aktiven Wasserstoffatomen (wie Dialkoholen, Polyalkoholen, Diphenolen, Polyphenolen, aliphatischen Diaminen oder Polyaminen und aromatischen Diaminen oder Polyaminen) mit Alkylenoxiden wie Styroloxid, Butylenoxid, Propylenoxid, Epichlorhydrin oder Gemischen dieser Alkylenoxide herstellen.Suitable substances for producing the substrate include, for example, ceramics, synthetic borides, glasses and the like. Other examples of suitable substrate substances are synthetic and naturally occurring polymeric substances, such as polyamides such as nylon-6,6, nylon-4, nylon-6, nylon-10, nylon-12, nylon-6,10 and the like; polyesters such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, poly-1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate and the like; polyolefins such as polyethylene, polypropylene, poly-4-methylpentene, polystyrene and the like; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl methyl ether, polyvinyl methyl ketone, polyvinylpyrrolidone and the like; acrylic polymers such as polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyacrylamide, polymethacrylamide and the like. Further suitable polymeric substances for use in the production of the polymeric substrate are polyurethanes, such as those obtained from the reaction of (a) diisocyanates such as toluene diisocyanates, diphenylmethane diisocyanates, hexamethylene-1,6-diisocyanate, dicyclohexylmethane diisocyanate, 1,5-naphthalene diisocyanate, p-phenylene diisocyanate, m-phenylene diisocyanate, 2,4-toluene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-biphenyl diisocyanate, 4,4'-diphenylisopropylidiene diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenyl diisocyanate, 3,3'-dimethyl-4,4'-diphenylmethane diisocyanate, 3,3'-dimethoxy-4,4'-biphenyl diisocyanate, dianisidine diisocyanate, tolidine diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 4,4'-diisocyananodiphenylmethane and the like with (b) polyols such as glycerin, trimethylolpropane, 1,2,6-hexanetriol, methyl glycoside, pentaerythritol, sorbitol, sucrose, ethylene glycol, diethylene glycol and hydroxy-terminated polyesters. These polyesters can be prepared by direct esterification of dicarboxylic acid with an excess of di- or polyfunctional alcohol. Examples of the acids are polytetramethylene adipate, polyethylene adipate, poly-1,4-butylene adipate, poly-1,5-pentylene adipate, poly-1,3-butylene adipate, polyethylene succinate and poly-2,3-butylene succinate. Polyether polyols can also be used. The polyether polyols can be produced by reacting a compound with active hydrogen atoms (such as dialcohols, polyalcohols, diphenols, polyphenols, aliphatic diamines or polyamines and aromatic diamines or polyamines) with alkylene oxides such as styrene oxide, butylene oxide, propylene oxide, epichlorohydrin or mixtures of these alkylene oxides.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellt man das Substrat aus offenzelligen Polyurethanen her, wie z.B. aus vernetzten polymeren Substanzen, die mit einem geeigneten Treibmittel wie Stickstoff, Helium, Kohlendioxid, Azodicarbonamid und dergleichen zu offenzelligen Schaumstoffen mit den oben beschriebenen Hohlraumeigenschaften aufgeschäumt werden können. In diesen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung läßt sich das Substrat 18 in Gegenwart des gewählten Mikroorganismus herstellen und aufschäumen, ohne sich auf selbigen nachteilig auszuwirken.In the preferred embodiments of the present invention, the substrate is made from open-cell polyurethanes, such as cross-linked polymeric substances that can be foamed with a suitable blowing agent such as nitrogen, helium, carbon dioxide, azodicarbonamide and the like to form open-cell foams having the void properties described above. In these preferred embodiments of the invention, the substrate 18 can be made and foamed in the presence of the selected microorganism without adversely affecting the microorganism.
In den besonders bevorzugten Ausführungsformen stellt man das Substrat aus offenzelligen Polyurethanen wie vernetzten Polyurethanen her. Derartige Materialien sind im Handel erhältlich oder lassen sich nach bekannten Verfahren herstellen. Beispielsweise sind solche Materialien durch Umsetzung von Isocyanat-Präpolymeren mit Wasser, das gegebenenfalls Diamine oder Polyamine als Kettenverlängerer oder Vernetzer enthält, oder durch Umsetzung eines geeigneten Polyols mit einem geeigneten Diisocyanat oder Polycyanat erhältlich. Als Polyole eignen sich u.a. langkettige aliphatische Diole und Polyoxyalkylenether. Die Isocyanat-Präpolymere besitzen Isocyanat-Endgruppen und werden durch Umsetzung von Polyoxyalkylenethern mit einem Überschuß an Diisocyanat oder Polyisocyanaten hergestellt. Als Polyoxyalkylenether eignen sich beispielsweise diejenigen mit einem Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 10.000, bevorzugt von etwa 2.000 bis 8.000, mindestens zwei aktiven Wasserstoffatomen und mindestens 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyether, Oxyethylengruppen. Als Oxyalkylengruppen eignen sich ferner u.a. Oxypropylen, Oxybutylen und dergleichen. Polyether dieses Typs stellt man durch Umsetzung von Verbindungen mit reaktiven Wasserstoffatomen wie Dialkoholen, Polyalkoholen, Diphenolen, Polyphenolen, aliphatischen Diaminen, aliphatischen Polyaminen, aromatischen Diaminen oder aromatischen Polyaminen mit einem geeigneten Alkylenoxid wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid, Styroloxid und dergleichen her. Als Diisocyanate eignen sich u.a. Toluol-4,4'-diisocyanat, Toluol-2,4-diisocyanat, Toluol- 2,2-diisocyanat, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Diphenylmethan-2,4'-diisocyanat, Diphenylmethan-2,2'- diisocyanat, Toluol-2,6-diisocyanat, Hexamethylen-1,6- diisocyanat, als Diamine und Polyamine u.a. aliphatische, cycloaliphatische und aromatische Di- und Polyamine wie Ethylendiamin, Hexamethylendiamin, Diethylentriamin, Hydrazin, Guanidin, Carbonat, N,N'-Diisopropylhexamethylendiamin, 1,3-Bisaminomethylbenzol, N,N'-Bis-(2-aminopropyl)-ethylendiamin, N,N'-(2-Aminoethyl)-ethylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Dimethylamino-3,3'- dimethyldiphenylmethan, 2,4'-Diaminodiphenylmethan, 2,4- Diaminotoluol, 2,6-Diaminotoluol und dergleichen.In the particularly preferred embodiments, the substrate is made of open-cell polyurethanes such as cross-linked polyurethanes. Such materials are commercially available or can be prepared by known processes. For example, such materials are obtainable by reacting isocyanate prepolymers with water, which optionally contains diamines or polyamines as chain extenders or crosslinkers, or by reacting a suitable polyol with a suitable diisocyanate or polycyanate. Suitable polyols include long-chain aliphatic diols and polyoxyalkylene ethers. The isocyanate prepolymers have isocyanate end groups and are prepared by reacting polyoxyalkylene ethers with an excess of diisocyanate or polyisocyanates. Suitable polyoxyalkylene ethers are, for example, those with a molecular weight of about 500 to about 10,000, preferably about 2,000 to 8,000, at least two active hydrogen atoms and at least 30% by weight, based on the total weight of the polyether, of oxyethylene groups. Other suitable oxyalkylene groups include oxypropylene, oxybutylene and the like. Polyethers of this type are prepared by reacting compounds having reactive hydrogen atoms such as dialcohols, polyalcohols, diphenols, polyphenols, aliphatic diamines, aliphatic polyamines, aromatic diamines or aromatic polyamines with a suitable alkylene oxide such as ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, styrene oxide and the like. Suitable diisocyanates include toluene-4,4'-diisocyanate, toluene-2,4-diisocyanate, toluene-2,2-diisocyanate, diphenylmethane-4,4'-diisocyanate, diphenylmethane-2,4'-diisocyanate, diphenylmethane-2,2'-diisocyanate, toluene-2,6-diisocyanate, hexamethylene-1,6-diisocyanate, and diamines and polyamines include aliphatic, cycloaliphatic and aromatic di- and polyamines such as ethylenediamine, hexamethylenediamine, diethylenetriamine, hydrazine, guanidine, carbonate, N,N'-diisopropylhexamethylenediamine, 1,3-bisaminomethylbenzene, N,N'-bis-(2-aminopropyl)-ethylenediamine, N,N'-(2-aminoethyl)-ethylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-dimethylamino-3,3'-dimethyldiphenylmethane, 2,4'-diaminodiphenylmethane, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene and the like.
Die in den Trägern verwendete Substratmenge (gemessen in Abwesenheit jeglicher Mikroorganismen) kann stark variieren. Im allgemeinen beträgt die Substratmenge etwa 10 bis etwa 70 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des biologisch aktiven Trägers. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Substratmenge etwa 20 bis etwa 60 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Trägers, und in den besonders bevorzugten Ausführungsformen etwa 30 bis etwa 50 Gewichtsprozent, bezogen auf die obengenannte Grundlage.The amount of substrate used in the carriers (measured in the absence of any microorganisms) can vary widely. Generally, the amount of substrate is from about 10 to about 70 weight percent, based on the total weight of the biologically active carrier. In the preferred embodiments of the invention, the amount of substrate is from about 20 to about 60 weight percent, based on the total weight of the carrier, and in the most preferred embodiments, from about 30 to about 50 weight percent, based on the above basis.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem polymeren Substratmaterial ganz besonders bevorzugt um einen flexiblen, offenzelligen Schaumstoff mit hoher Wasserdurchlässigkeit. Der bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendete Schaumstoff muß den Einsatzstrom in einem Reaktor aufnehmen können. Dazu ist es wichtig, daß der Schaumstoff eine hochvernetzte Porenstruktur aufweist, wobei die Schaumstoffhohlräume zweckmäßig mindestens etwa 0,2 Millimeter groß sind und bis zu 10 Millimeter oder mehr groß sein können.In the present invention, the polymeric substrate material is most preferably a flexible, open-cell foam with high water permeability. The foam used in the practice of the present invention must be able to accommodate the feed stream in a reactor. To this end, it is important that the foam has a highly cross-linked pore structure, with the foam cavities suitably being at least about 0.2 millimeters in size and can be up to 10 millimeters or more in size.
Das Adsorptionsmittel zur Verwendung bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung kann stark variieren. Als Substanzen zur Verwendung bei der Herstellung von Adsorptionsmittel eignen sich beispielsweise Kohlenstoffe wie Kohle, Ruß, Aktivkohle, Silicagel, aktive Tone, Zeolithe, hydrophobe und Ionenaustauscherharze, Molekularsiebe und dergleichen. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung stellt man das Adsorptionsmittel aus Kohlenstoffen wie Kohle, Holzkohle, Ruß und Aktivkohle und in den besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung das teilchenförmige Adsorptionsmittel aus Aktivkohle her. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, daß zur Herstellung eines Adsorptionsmittels auch jedes beliebige andere teilchenförmige Material in Betracht kommt. Die bevorzugt verwendete Aktivkohle läßt sich durch Wärmebehandlung von pflanzlichen und tierischen Substanzen, Kohle, auch Braunkohle, Erdölrückständen oder synthetischen organischen Polymeren, gegebenenfalls unter Zusatz von Chemikalien, herstellen und zeichnet sich durch schnelle und wirksame Absorption der Zielschadstoffe aus.The adsorbent for use in carrying out the present invention can vary widely. Examples of substances suitable for use in the preparation of adsorbents are carbons such as coal, soot, activated carbon, silica gel, active clays, zeolites, hydrophobic and ion exchange resins, molecular sieves and the like. In the preferred embodiments of the invention, the adsorbent is prepared from carbons such as coal, charcoal, soot and activated carbon and in the particularly preferred embodiments of the invention, the particulate adsorbent is prepared from activated carbon. However, it is obvious to those skilled in the art that any other particulate material can also be used to prepare an adsorbent. The activated carbon which is preferably used can be prepared by heat treatment of plant and animal substances, coal, also brown coal, petroleum residues or synthetic organic polymers, possibly with the addition of chemicals, and is characterized by rapid and effective absorption of the target pollutants.
Das Adsorptionsmittel, z.B. Aktivkohle, sollte nach der Anbindung an das Substrat als Festphasenpuffer fungieren, der bei Erhöhung der Schadstoffkonzentration überschüssigen Schadstoff im Reaktor absorbiert und bei abnehmender Konzentration Schadstoff in die Lösung abgibt. Der Puffereffekt wird dabei durch eine Reihe von Aufnahme- und Abgabekonstanten (Kauf und Kab) beschrieben, die jeweils die Affinität einer bestimmten Stelle auf dem Adsorptionsmittel zu einem bestimmten Schadstoff wiedergeben. Das Verhältnis kab/kauf entspricht der Konstante KD, die die Affinität des Adsorptionsmittels zu einem Schadstoff wiedergibt. Im Gleichgewicht entspricht die Zahl der Schadstoffmoleküle, die an das Adsorptionsmittel gebunden werden, der Zahl der Schadstoffmoleküle, die das Adsorptionsmittel verlassen und in Lösung gehen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren besitzt das Adsorptionsmittel im Grunde nach der Anbindung an das Substrat bzw. das Substrat und das Bindemittel bzw. das Bindemittel eine gebundene Phase, die sich in ausreichend schnellem Gleichgewicht mit der Lösung befindet, so daß in Lösung befindliche Schadstoffe, die aus einer Erhöhung der Schadstoffkonzentration im Zulaufstrom für die Dauer von 1 hydraulischer Verweilzeit (HVZ) stammen, nach Beendigung der Erhöhung innerhalb eines Bruchteils dieser HVZ, bevorzugt etwa 1/24 HVZ, gebunden werden und ein gewünschter Schadstoffgehalt im Austragsstrom aufrechterhalten wird. Der Schadstoff sollte aber auch so schnell in die Lösung abgegeben werden, daß der Schadstoff nach Rückkehr zu einer Konzentration, die gleich der Anfangskonzentration der Schadstoffe im Zulauf (C&sub1;) ist oder darunter liegt, mikrobiell abgebaut werden kann. Der gewünschte Schadstoffgehalt im Abfallstrom pro Tag oder pro Monat wird normalerweise durch gesetzliche Auflagen vorgeschrieben. Durch den gewünschten Schadstoffgehalt im Austragsstrom wird auch die bei einem Behandlungsverfahren zur Absorption einer erhöhten Schadstoffmenge im Abfallstrom erforderliche Einregelzeit diktiert. Die Einregelzeit sollte im allgemeinen mindestens weniger als etwa 1 HVZ betragen. Anders ausgedrückt, sollten die Trägermedien bei einem Zulaufstrom mit einer oberhalb der Schadstoffkonzentration (c&sub1;) eines ersten Zulaufstroms liegenden Schadstoffkonzentration C&sub2;, der über einen Zeitraum von 1 HVZ, z.B. 24 Stunden, durch einen Reaktor fließt, in der Lage sein, innerhalb von mindestens 24 Stunden nach dem Ende dieser 1 HVZ bei der höheren Schadstoffkonzentration einen beträchtlichen Teil des überschüssigen Schadstoffs im Reaktor zu absorbieren (und in Verbindung mit der Abbauwirkung der Mikroben die Schadstoffkonzentration im Austragsstrom wieder auf das Niveau vor der Erhöhung auf C&sub2; zurückzuführen). Die Einregelzeit ist bevorzugt kleiner gleich 1/3 HVZ und besonders bevorzugt kleiner gleich 1/6 HVZ. In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist die Einregelzeit kleiner gleich 1/8 HVZ. In vor allem bevorzugten Ausführungsformen ist die Einregelzeit kleiner als 1/12 HVZ und ganz besonders bevorzugt kleiner gleich 1/24 HVZ.The adsorbent, e.g. activated carbon, should act as a solid phase buffer after binding to the substrate, which absorbs excess pollutant in the reactor when the pollutant concentration increases and releases pollutant into the solution when the concentration decreases. The buffer effect is described by a series of uptake and release constants (Kauf and Kab), each of which represents the affinity of a specific location on the adsorbent to a specific pollutant. The ratio kab/kauf corresponds to the constant KD, which represents the affinity of the adsorbent to a pollutant. In equilibrium, the number of pollutant molecules that are bound to the adsorbent corresponds to the number of pollutant molecules that leave the adsorbent and go into solution. In the process according to the invention, the adsorbent basically has a bound phase after binding to the substrate or the substrate and the binder or the binder which is in equilibrium with the solution sufficiently quickly so that pollutants in solution which result from an increase in the pollutant concentration in the feed stream for a duration of 1 hydraulic retention time (HRT) are bound within a fraction of this HRT, preferably about 1/24 HRT, after the increase has ended and a desired pollutant content is maintained in the discharge stream. However, the pollutant should also be released into the solution so quickly that the pollutant can be microbially degraded after returning to a concentration which is equal to or lower than the initial concentration of the pollutants in the feed stream (C₁). The desired pollutant content in the waste stream per day or per month is normally prescribed by legal requirements. The desired pollutant content in the discharge stream also determines the amount of pollutant in a treatment process for absorbing an increased amount of pollutant in the waste stream. The settling time should generally be at least less than about 1 HTZ. In other words, for a feed stream having a contaminant concentration C2 above the contaminant concentration (c1) of a first feed stream flowing through a reactor over a period of 1 HTZ, e.g. 24 hours, the carrier media should be capable of absorbing a significant portion of the excess contaminant in the reactor (and, in conjunction with the degradation action of the microbes, returning the contaminant concentration in the effluent stream to the level prior to the increase to C2) within at least 24 hours after the end of that 1 HTZ at the higher contaminant concentration. The settling time is preferably less than or equal to 1/3 HTZ, and more preferably less than or equal to 1/6 HTZ. In particularly preferred embodiments, the settling time is less than or equal to 1/8 HTZ. In particularly preferred embodiments, the settling time is less than 1/12 HVZ and most preferably less than or equal to 1/24 HVZ.
Das Adsorptionsmittel besitzt Teilchenform und ist zur Bereitstellung einer größeren Oberfläche bevorzugt porös. Das bevorzugte teilchenförmige Adsorptionsmittel hat eine Oberfläche von mindestens 500 m²/g, bevorzugt mindestens 700 m²/g, und weist bevorzugt eine derartige Größe auf, daß 70% der Adsorptionsmittelteilchen kleiner als 44 µm sind, d.h., mindestens 70% der Adsorptionsmittelteilchen gehen durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 44 µm (325 Mesh). In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besitzt das pulverförmige Adsorptionsmittel ein möglichst hohes Porenvolumen, besonders bevorzugt mindestens 0,5 cm³/g und ganz besonders bevorzugt mindestens 0,7 cm³/g mit einer möglichst großen Porosität, zu der bevorzugt Poren mit einer Größe von über 1 µm beitragen. In der Praxis der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendetes pulverförmiges Adsorptionsmittel besitzt eine Oberfläche von 700 bis 2000 m²/g und ein Porenvolumen von 0,7 bis 1,0 cm³/g, wobei 70 bis 100% der Teilchen kleiner als 44 µm sind. Obwohl diese Werte den Eigenschaften von im Handel erhältlichem Material entsprechen, gibt es bei der Erfindung per se keine derartigen Einschränkungen, so daß Materialien mit möglichst hoher Oberfläche die Materialien der Wahl darstellen.The adsorbent is in particulate form and is preferably porous to provide a larger surface area. The preferred particulate adsorbent has a surface area of at least 500 m²/g, preferably at least 700 m²/g, and is preferably sized such that 70% of the adsorbent particles are smaller than 44 µm, ie at least 70% of the adsorbent particles pass through a sieve with a mesh size of 44 µm (325 mesh). In the preferred embodiments of the invention, the powdered adsorbent has as high a pore volume as possible, more preferably at least 0.5 cm³/g and most preferably at least 0.7 cm³/g, with as high a porosity as possible, to which pores with a size of over 1 µm preferably contribute. Powdered adsorbent used in the practice of the preferred embodiments of the present invention has a surface area of 700 to 2000 m²/g and a pore volume of 0.7 to 1.0 cm³/g, with 70 to 100% of the particles being smaller than 44 µm. Although these values correspond to the properties of commercially available material, there are no such restrictions in the invention per se, so that materials with the highest possible surface area are the materials of choice.
Die einzusetzende Adsorptionsmittelmenge kann stark variieren und hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der spezifischen Aktivität des Adsorptionsmittels bezüglich des Zielschadstoffs. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung reicht die Adsorptionsmittelmenge zumindest zur Aufrechterhaltung eines stationären Zustands einer solchen Zielschadstoffmenge aus, daß der Mikroorganismus den Schadstoff innerhalb des zur Lieferung eines Austragsstroms mit weniger als 22 ppm Zielschadstoffen erforderlichen Zeitraums metabolisieren kann. In den besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Adsorptionsmittelmenge etwa 5 Gewichtsprozent bis etwa 85 Gewichtsprozent auf Trockensubstanzbasis und bezogen auf das Gesamtgewicht von Substrat, Bindemittel und Adsorptionsmittel. In den vor allem bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Adsorptionsmittelmenge etwa 10 Gew.-% bis etwa 50 Gewichtsprozent auf Trockensubstanzbasis und bezogen auf das Gesamtgewicht von Substrat, Bindemittel und Adsorptionsmittel. In den vor allem bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Adsorptionsmittelmenge etwa 15 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-%, bezogen auf die obengenannte Grundlage.The amount of adsorbent to be used can vary widely and depends on a number of factors, including the specific activity of the adsorbent with respect to the target pollutant. In the preferred embodiments of the invention, the amount of adsorbent is sufficient to at least maintain a steady state level of such a target pollutant that the microorganism can metabolize the pollutant within the time required to provide an effluent stream containing less than 22 ppm of target pollutants. In the most preferred embodiments of the invention, the amount of adsorbent is from about 5% to about 85% by weight on a dry solids basis based on the total weight of substrate, binder and adsorbent. In the most preferred embodiments of the invention, the amount of adsorbent is from about 10% to about 50% by weight on a dry solids basis based on the total weight of substrate, binder and adsorbent. In the most preferred embodiments of the invention, the amount of adsorbent is from about 15% to about 35% by weight, based on the above basis.
Zum Auftragen eines Adsorptionsmittels auf das Substrat eignen sich verschiedene Methoden. Bei einigen davon sind verschiedene Anbindungsverfahren vorgesehen, wie z.B. Wärmebehandlung, Lösungsmittelaufschlämmungen und Anbindung an das Bindemittel. Alternativ dazu kann man die Absorptionsmittel der Vorläuferzusammensetzung des Substrats zusetzen, wobei man mit Absorptionsmittel gefüllte Substrate erhält. Beim Wärmebehandlungsverfahren erwärmt man ein Substrat auf eine Temperatur, bei der es erweicht, mischt Kohlenstoff bei und läßt das Substratmaterial dann wieder abkühlen. Beim Abkühlen wird das Adsorbtionsmittel auf der Substratoberfläche haftend aufgebracht bzw. befestigt. Die Temperaturen und die Heizdauer variieren je nach Wahl des Substrats und des Adsorptionsmittels. Auf der Oberfläche des durch das Wärmebehandlungsverfahren hergestellten Trägers ergibt sich eine weitgehend einphasige Adsorptionsmittelteilchenschicht.There are various methods for applying an adsorbent to the substrate. Some of these involve various bonding processes, such as heat treatment, solvent slurries and bonding to the binder. Alternatively, the absorbents can be added to the substrate precursor composition to produce absorbent-filled substrates. The heat treatment process involves heating a substrate to a temperature at which it softens, adding carbon and then allowing the substrate material to cool. Upon cooling, the Adsorbents are applied or attached to the substrate surface. The temperatures and heating times vary depending on the choice of substrate and adsorbent. A largely single-phase adsorbent particle layer is formed on the surface of the carrier produced by the heat treatment process.
Zum Auftragen des Substrats nach herkömmlichen Methoden kann man auch eine Lösungsmittel-Absortionsmittel-Aufschlämmung verwenden. Das Substrat wird in die Aufschlämmung eingetaucht oder mit der Aufschlämmung sprühbeschichtet und anschließend getrocknet. Dabei ist es wichtig, daß das Adsorptionsmittel nach der Entfernung von etwaiger überschüssiger Aufschlämmung und etwaigem überschüssigem Lösungsmittel vom Träger in einem aktiven Zustand sicher am Substrat befestigt ist. Dazu ist zu bemerken, daß das Verfahren zwar als "Lösungsmittelaufschlämmung" bezeichnet wird, das Lösungsmittel aber nur als Träger zum Dispergieren des Adsorptionsmittels in einer Fluidmatrix dient oder möglicherweise die Substratoberfläche aufweicht und/oder das Substrat zum Aufquellen bringt. Nach dem Beschichten des Substrats mit der Aufschlämmung kann man das Lösungsmittel verdampfen und wiederverwenden. Genau wie beim Wärmebehandlungsverfahren ergibt sich auch beim Lösungsmittelaufschlämmungsverfahren auf der Oberfläche des Trägers eine einphasige Adsorptionsmittelteilchenschicht, da man das Lösungsmittel nach herkömmlichen Trocknungsmethoden weitgehend entfernt.A solvent-absorbent slurry may also be used to apply the substrate using conventional methods. The substrate is immersed in the slurry or spray coated with the slurry and then dried. It is important that the adsorbent is securely attached to the substrate in an active state after any excess slurry and solvent have been removed from the carrier. Note that although the process is referred to as a "solvent slurry," the solvent only serves as a carrier for dispersing the adsorbent in a fluid matrix or may soften the substrate surface and/or cause the substrate to swell. After the slurry is coated on the substrate, the solvent can be evaporated and reused. Just like the heat treatment process, the solvent slurry process also results in a single-phase adsorbent particle layer on the surface of the support because the solvent is largely removed by conventional drying methods.
Andere geeignete Verfahren zur Absorptionsmittelanbindung, bei denen Bindemittel eingesetzt werden, gehören generell zu zwei Typen, nämlich einer Aufschlämmungsmethode und einer "Zweistufenmethode". Bei der "Zweistufenmethode" (i) trägt man auf die Oberfläche eines Substrats eine Bindemittelschicht auf und läßt die Aushärtung beginnen, (ii) setzt der Bindemittel-Substrat- Oberfläche ein oder mehrere Adsorptionsmittel zu und (iii) läßt das Bindemittel vollständig aushärten. Das Zweischrittverfahren könnte sich aufgrund der Notwendigkeit von zwei Aushärtungsschritten als wirtschaftlich uninteressant erweisen. Dahingehend gilt das Hauptaugenmerk bei der vorliegenden Erfindung dem Auftrag eines Adsorptionsmittels auf ein Substrat mittels einer vereinfachten Beschichtungsbehandlung. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren trägt man eine ein Bindemittel, ein Adsorptionsmittel und Lösungsmittel enthaltende Aufschlämmungsschicht auf und läßt die Aufschlämmungsschicht trocknen. Das Aufschlämmungsverfahren ermöglicht den Verzicht auf Zwischentrocknungsschritte und damit die Herstellung der Träger im Großchargenbetrieb.Other suitable methods for adsorbent bonding using binders are generally of two types, namely a slurry method and a "two-step method". In the "two-step method" (i) a layer of binder is applied to the surface of a substrate and curing is allowed to begin, (ii) one or more adsorbents are added to the binder-substrate surface, and (iii) the binder is allowed to fully cure. The two-step method may be due to the need of two curing steps prove to be economically uninteresting. In this respect, the main focus of the present invention is on the application of an adsorbent to a substrate by means of a simplified coating treatment. In the process according to the invention, a slurry layer containing a binder, an adsorbent and solvent is applied and the slurry layer is allowed to dry. The slurry process makes it possible to dispense with intermediate drying steps and thus to manufacture the carriers in large batches.
Die Wahl des Bindemittels kann stark variieren. Ein wirksames Bindemittel ist ein Material, das ein Adsorptionsmittel an die Oberfläche eines Substrats so binden kann, daß kein oder praktisch kein Adsorptionsmittel im Austrag des Bioreaktors verlorengeht und das Adsorptionsmittel durch das Bindemittel praktisch nicht desaktiviert wird. Insbesondere wählt man ein wirksames Bindemittel so aus, daß das Reinigungsverfahren gegenüber Störungen beständig ist. So lange das Verfahren gegenüber Störungen beständig bleibt, ist auch eine nur teilweise Beschichtung des Trägers annehmbar. Man kann das Bindemittel aus allen z.B. in der Teilchen-, Pigment- oder Pulverbindetechnik bekannten Bindemittel typen auswählen. Beispiele für Bindemittel sind in Wasser suspendierbare Polymere wie die in Latexformulierungen anzutreffenden und wasserlösliche Polymere, die zu wasserunlöslichen Formen abgeschieden, vernetzt oder polymerisiert werden können, wie z.B. Naturgummen, Zellulose- und Stärkederivate, Alginsäuresalze und Polymere und Copolymere von Acrylsäure, Acrylamid, Vinylalkohol und Vinylpyrrolidon. Beispiele für geeignete organische Bindemittel, die in organischen Lösungsmitteln löslich sind, sind u.a. Celluloseester, Celluloseether, Polymere und Copolymere von Vinylestern wie Vinylacetat, Acrylsäureestern und Methacrylsäureestern, Vinylmonomeren wie Styrol, Acrylnitril und Acrylamid und Dienen wie Butadien und Chloropren, Naturkautschuk und Synthesekautschuk wie Styrol-Butadien.The choice of binder can vary greatly. An effective binder is a material that can bind an adsorbent to the surface of a substrate in such a way that no or practically no adsorbent is lost in the bioreactor output and the adsorbent is practically not deactivated by the binder. In particular, an effective binder is selected so that the cleaning process is resistant to interferences. As long as the process remains resistant to interferences, even a partial coating of the carrier is acceptable. The binder can be selected from all types of binder known, for example, in particle, pigment or powder binding technology. Examples of binders include water-suspensive polymers such as those found in latex formulations and water-soluble polymers that can be deposited, crosslinked or polymerized into water-insoluble forms, such as natural gums, cellulose and starch derivatives, alginic acid salts and polymers and copolymers of acrylic acid, acrylamide, vinyl alcohol and vinyl pyrrolidone. Examples of suitable organic binders that are soluble in organic solvents include cellulose esters, cellulose ethers, polymers and copolymers of vinyl esters such as vinyl acetate, acrylic acid esters and methacrylic acid esters, vinyl monomers such as styrene, acrylonitrile and acrylamide and dienes such as butadiene and chloroprene, natural rubber and synthetic rubber such as styrene-butadiene.
Bindemittel neigen dazu, die Leistungsfähigkeit eines Adsorptionsmittels durch Verminderung der Kapazität des Adsorptionsmittels oder durch Behinderung des Zugangs eines Schadstoffs zum Adsorptionsmittel, wenn z.B. das Bindemittel das Adsorptionsmittel umhüllt, herabzusetzen. Es ist anzunehmen, daß die mit einem Adsorptionsmittel- Bindemittel-Trägersystem verbundenen Nachteile durch den Einsatz von Bindemitteln mit größerem freiem Volumen zumindest teilweise kompensiert werden können. Durch den Auftrag von Bindemittel und Adsorptionsmittel aus einer Aufschlämmung ergibt sich ein mit einer Schicht überzogener Träger aus einem Substrat mit einem in oder in und auf der Überzugsschicht dispergierten Adsorptionsmittel (siehe Figur 4). Da die Aufschlämmungsmethode die zweite Matrixschicht ergibt, in der das Adsorptionsmittel in einem Bindemittel dispergiert ist, kann das Bindemittel häufig das Adsorptionsmittel umhüllen. Dahingehend setzt man in den bevorzugten Ausführungsformen solche Bindemittel ein, die ein größeres freies Volumen besitzen, damit ein wesentlicher Teil der Aktivität des Adsorptionsmittels erhalten bleibt und genug Wechselwirkung zwischen dem Schadstoff und dem Adsorptionsmittel stattfinden kann, so daß bei der Verwendung des Trägers in einem Bioreaktor das Reinigungsverfahren gegenüber Störungen beständig ist. Freies Volumen (vf) bezieht sich dabei auf die Fluidität und Mobilität der Polymerketten und ist ein Maß für das Volumen, durch das kleine Moleküle hindurchwandern können. Das freie Volumen ist die Differenz zwischen dem spezifischen Volumen der Polymermasse (v) und dem Volumen der dichtgepackten Moleküle. Im Grunde genommen handelt es sich bei dem freien Volumen des gesamten Polymers um das Volumen der Polymermasse, das nicht von den Molekülen selbst besetzt ist.Binders tend to reduce the performance of an adsorbent by reducing the capacity of the adsorbent or by impeding access of a contaminant to the adsorbent, for example when the binder envelops the adsorbent. It is believed that the disadvantages associated with an adsorbent-binder-support system can be at least partially compensated by the use of binders with a larger free volume. Applying binder and adsorbent from a slurry results in a coated support consisting of a substrate with an adsorbent dispersed in or in and on the coating layer (see Figure 4). Since the slurry method results in the second matrix layer in which the adsorbent is dispersed in a binder, the binder can often envelop the adsorbent. To this end, the preferred embodiments use binders that have a larger free volume so that a significant portion of the activity of the adsorbent is retained and enough interaction between the pollutant and the adsorbent can take place so that when the carrier is used in a bioreactor, the purification process is resistant to interference. Free volume (vf) refers to the fluidity and mobility of the polymer chains and is a measure of the volume through which small molecules can migrate. The free volume is the difference between the specific volume of the polymer mass (v) and the volume of the densely packed molecules. Basically, the free volume of the entire polymer is the volume of the polymer mass that is not occupied by the molecules themselves.
Es ist derzeit bekannt, daß die Glasübergangstemperatur Tg mit dem freien Volumen korreliert. Eine Diskussion von freiem Volumen und Tg findet sich bei Stephen L. Rosen, Fundamental Principles of Polymeric Materials, Kap. 8, "Transitions in Polymers", S. 89-95, 1982. Rosen stellt die Theorie auf, daß Tg mit steigendem freiem Volumen in einem Polymer abnimmt. Dahingehend wird Tg dazu verwendet, die Struktur des Bindemittels mit dessen Fähigkeit, in einem Biomassenträgersystem als wirksames Bindemittel zu fungieren, in Beziehung zu setzen. Das Bindemittel besitzt erfindungsgemäß eine Tg unter 100ºC. In besonders bevorzugten Ausführungsformen besitzt das wirksame Bindemittel eine Tg kleiner gleich 50ºC. In weiter bevorzugten Ausführungsformen besitzt ein wirksames Bindemittel eine Tg kleiner gleich 30ºC. In vor allem bevorzugten Ausführungsformen besitzt ein wirksames Bindemittel eine Tg kleiner gleich 20ºC. In ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen besitzt ein wirksames Bindemittel eine Tg kleiner gleich 0ºC. In alternativen Ausführungsformen besitzt das bevorzugte Bindemittel eine Tg kleiner gleich 10ºC, wobei das Bindemittel der Wahl eine Tg kleiner gleich 25ºC besitzt.It is currently known that the glass transition temperature Tg correlates with the free volume. A discussion of free volume and Tg can be found in Stephen L. Rosen, Fundamental Principles of Polymeric Materials, Chapter 8, "Transitions in Polymers", pp. 89-95, 1982. Rosen theorizes that Tg decreases with increasing free volume in a polymer. As such, Tg is used to relate the structure of the binder to its ability to function as an effective binder in a biomass support system. The binder of the invention has a Tg below 100°C. In particularly preferred embodiments, the effective binder has a Tg less than or equal to 50°C. In further preferred embodiments, an effective binder has a Tg less than or equal to 30°C. In most preferred embodiments, an effective binder has a Tg less than or equal to 20°C. In most preferred embodiments, an effective binder has a Tg less than or equal to 0°C. In alternative embodiments, the preferred binder has a Tg less than or equal to 10°C, with the binder of choice having a Tg less than or equal to 25°C.
Wie schon weiter oben bemerkt, steht die Affinität des Trägers für Schadstoffe wie zum Beispiel Phenolmaterialien im Zusammenhang mit Tg. In vielen Fällen kann die Tg durch Erhöhung der Polarität und/oder Hydrophihe des in dem Trägersystem verwendeten polymeren Bindemittels herabgesetzt werden. Zur Verbesserung derartiger Eigenschaften eines Bindemittelmaterials kommt jedes herkömmliche Verfahren zur Erhöhung der Hydrophilie oder Polarität eines Polymers in Betracht. Beispielsweise kann man viele Polymere, einschließlich Homopolymere und Copolymere, durch (1) Carboxylierung entlang der Polymerhauptkette (z.B. carboxyliertes Styrol-Butadien), durch Carboxylierung von Seitenketten und funktionellen Gruppen und (3) durch Einführung von -COOH-Gruppen enthaltenden Monomeren als Comonomeren im polymeren Bindemittel hydrophiler und/oder polarer machen. Jede der vorgenannten Maßnahmen sollte die Tg von Polymeren herabsetzen.As noted above, the affinity of the carrier for contaminants such as phenolic materials is related to Tg. In many cases, Tg can be lowered by increasing the polarity and/or hydrophilicity of the polymeric binder used in the carrier system. To improve such properties of a binder material, any conventional method for increasing the hydrophilicity or polarity of a polymer can be used. For example, many polymers, including homopolymers and copolymers, can be made more hydrophilic and/or polar by (1) carboxylation along the polymer backbone (e.g., carboxylated styrene-butadiene), by carboxylation of side chains and functional groups, and (3) by introducing -COOH group-containing monomers as comonomers in the polymeric binder. Any of the foregoing measures should lower the Tg of polymers.
Ein wirksames Bindemittel ist in Lösungsmittel so gut suspendierbar oder dispergierbar, daß die nach dem Vermischen des Bindemittels und des Lösungsmittels erhaltene Mischung eine stabile Dispersion des Bindemittels bildet, die zur Herstellung eines verhältnismäßig einheitlichen Überzugs auf ein Substrat aufgetragen werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sollte das Bindemittel für den Fall, daß ein Lösungsmittel benötigt wird, in einem nichtaromatischen Lösungsmittel löslich sein, da ein aromatisches Lösungsmittel einige Adsorptionsmittel desaktivieren kann. Nach dem Auftrag und der Aushärtung der Beschichtungszusammensetzung sollte das Bindemittel zur Verwendung in einem Abfallstrombehandlungsverfahren weitgehend wasserunlöslich sein und im Milieu des Bioreaktors nicht abgebaut werden. Das Bindemittel sollte ferner die Fähigkeit des Adsorptionsmittels zur Bindung von Schadstoffen nicht allzusehr beeinträchtigen. Viele handelsübliche Bindemittel, z.B. Klebstoffe, werden in Form von Dispersionen hergestellt und vertrieben. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Bindemittel zwecks Auftrag auf das Substrat in Wasser suspendierbar und nach dem Aushärten auf einem Substrat wasserunlöslich. Als Beispiel für in Lösungsmittel suspendierbare Bindemittel seien die im Stand der Technik als Latex bekannten genannt. Bei einem Latex handelt es sich ganz allgemein um eine in Lösungsmittel suspendierbare Form (Flüssigkeit in Flüssigkeit), die durch oberflächenaktive Mittel stabilisiert ist.An effective binder is so well suspended or dispersible in solvent that the mixture obtained after mixing the binder and the solvent is a stable dispersion of the binder which can be applied to a substrate to produce a relatively uniform coating. In a preferred embodiment, the binder should be soluble in a non-aromatic solvent if a solvent is required, since an aromatic solvent can deactivate some adsorbents. After application and curing of the coating composition, the binder should be substantially water-insoluble for use in a waste stream treatment process and should not degrade in the bioreactor environment. The binder should also not unduly impair the ability of the adsorbent to bind contaminants. Many commercial binders, e.g. adhesives, are manufactured and sold in the form of dispersions. In preferred embodiments, the binder is water-suspensive for application to the substrate and is water-insoluble after curing on a substrate. Examples of solvent-suspensive binders include those known in the art as latex. A latex is generally a solvent-suspensive form (liquid in liquid) stabilized by surfactants.
Die bei der Ausübung der Erfindung verwendete Bindemittelmenge variiert je nach Menge und Struktur des Substrats sowie der Menge an zu bindendem Adsorptionsmittel. Die Menge sollte im allgemeinen sowohl das Substrat weitgehend bedecken als auch das Adsorptionsmittel weitgehend binden. Dazu ist zu bemerken, daß überschüssiges Bindemittel nicht nur die tatsächliche Größe der inneren Poren eines Substrats beträchtlich verkleinern kann, sondern auch zur Bildung einer annehmbaren Aufschlämmung zusätzliche Mengen an Additiven erforderlich machen kann. Außerdem neigt eine dickere Schicht des das Adsorptionsmittel umhüllenden Bindemittels dazu, die Schadstoffbindungseigenschaften des Adsorptionsmittels zu hemmen oder zu beeinträchtigen. Die Gegenwart von überschüssigen Additiven wie z.B. Tensiden, kann zur Desaktivierung eines Adsorptionsmittels führen.The amount of binder used in the practice of the invention will vary depending on the amount and structure of the substrate and the amount of adsorbent to be bound. The amount should generally be sufficient to both substantially cover the substrate and substantially bind the adsorbent. It should be noted that excess binder can not only significantly reduce the actual size of the internal pores of a substrate, but can also require additional amounts of additives to form an acceptable slurry. In addition, a thicker layer of binder surrounding the adsorbent tends to inhibit or impair the pollutant binding properties of the adsorbent. The presence of excess Additives such as surfactants can lead to the deactivation of an adsorbent.
Das bei der Herstellung der Beschichtungszusammensetzung verwendete Lösungsmittel enthält einen Wasseranteil und einen Anteil organisches Lösungsmittel, der das Bindemittel zur Bildung der Aufschlämmungsbeschichtung in eine mischbare oder suspendierbare Form bringt. Die Wahl des Lösunsgmittels kann im allgemeinen stark variieren. Das Lösungsmittel kann unter Wasser, organischen Lösungsmitteln oder Gemischen daraus von 100% Wasser bis zu 100% organischem Lösungsmittel ausgewählt werden. Beispiele für organische Lösungsmittel zur Verwendung bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung sind Alkohole, Ester, Ether, Ketone, Amine und nitrierte oder halogenierte Kohlenwasserstoffe. Lösungsmittel, die man bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwenden kann, sind u.a. Wasser, Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol und Ethylenglykol; Ketone wie Aceton, Methylethylketon, Cyclohexanon und Butyrolacton sowie Essigsäureeester wie Essigsäuremethylester, Essigsäureethylester, Essigsäurepropylester und Essigsäurebutylester. Weiterhin eignen sich u.a. Nitromethan, Nitroethan, Tetrachlorethan, Chloroform, Benzol, Toluol, Chlorbenzol, Xylol, n-Butylchlorid, Cyclohexan, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylacetamid, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Hexamethylphosphoramid, n-Methylpyrrolidon, Tetrahydrofuran, Diethylether, Ameisensäure und deren Derivate.The solvent used in preparing the coating composition contains a portion of water and a portion of organic solvent which puts the binder into a miscible or suspendable form to form the slurry coating. The choice of solvent can generally vary widely. The solvent can be selected from water, organic solvents, or mixtures thereof from 100% water to 100% organic solvent. Examples of organic solvents for use in the practice of the present invention include alcohols, esters, ethers, ketones, amines, and nitrated or halogenated hydrocarbons. Solvents that can be used in the practice of the present invention include water, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and ethylene glycol; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and butyrolactone as well as acetic acid esters such as methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate and butyl acetate. Also suitable are nitromethane, nitroethane, tetrachloroethane, chloroform, benzene, toluene, chlorobenzene, xylene, n-butyl chloride, cyclohexane, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, hexamethylphosphoramide, n-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, diethyl ether, formic acid and their derivatives.
Bei dem eingesetzten Lösungsmittel handelt es sich bevorzugt um ein nichtaromatisches Lösungsmittel. Aromatische Lösungsmittel neigen insbesondere im Fall der Behandlung von aromatischen Schadstoffen wie Phenolen zur Einschränkung der vom Adsorptionsmittel gebundenen Phenolmenge.The solvent used is preferably a non-aromatic solvent. Aromatic solvents tend to limit the amount of phenol bound by the adsorbent, particularly in the case of the treatment of aromatic pollutants such as phenols.
Eins der neuen Merkmale der erfindungsgemäßen biologisch aktiven Träger ist die einheitliche Verteilung des sich in einem aktiven Zustand befindlichen Adsorptionsmittels auf der Oberfläche des Substrats. Zum Erhalt einer derartigen einheitlichen Verteilung ist es wichtig, beim Auftragen einer Aufschlämmungsbeschichtung auf ein Substrat eine wirksame Suspendierhilfe zu verwenden, um die Bildung größerer Agglomerationen des Adsorptionsmittels und des Bindemittels (Verklumpung) zu vermeiden. Derartige Agglomerationen reduzieren bzw. beeinträchtigen die Diffusion von Schadstoffen zum Adsorptionsmittel, z.B. Aktivkohle, hin und davon weg. Man setzt eine Suspendierhilfe ein, die eine möglichst geringe hemmende Wirkung auf die Fähigkeit des Adsorptionsmittels zur Bindung von Schadstoffen ausübt und die Bildung einer Suspension des Adsorptionsmittels in der Beschichtungszusammensetzung gestattet, die beim Auftrag auf das Substrat eine einheitliche Verteilung des Adsorptionsmittels auf der Oberfläche des Substrats ergibt.One of the novel features of the biologically active carriers according to the invention is the uniform distribution of the adsorbent in an active state on the surface of the substrate. To obtain such a uniform distribution, it is important to use an effective suspending aid when applying a slurry coating to a substrate to avoid the formation of large agglomerations of the adsorbent and the binding agent (clumping). Such agglomerations reduce or impair the diffusion of contaminants to and from the adsorbent, e.g. activated carbon. A suspending aid is used which has the least possible inhibitory effect on the ability of the adsorbent to bind contaminants and allows the formation of a suspension of the adsorbent in the coating composition which, when applied to the substrate, results in a uniform distribution of the adsorbent on the surface of the substrate.
Bei der Suspendierhilfe handelt es sich üblicherweise um ein Salz einer organischen Substanz. Der kationische Teil des Salzes kann dabei stark variieren. Beispielsweise kann es sich dabei um ein protoniertes Amin, d.h. eine Ammoniumgrupe, oder ein Alkalimetall handeln. Bei der Suspendierhilfe kann es sich um eine zwitterionische oder anionische Substanz handeln. Ist die Suspendierhilfe zwitterionisch, so ist die Nettoladung bevorzugt nicht positiv und besonders bevorzugt negativ. Bei der Suspendierhilfe kann es sich um eine Verbindung oder ein Polymer handeln. Dabei können Polymere vorteilhaft sein, da sie entlang der Hauptkette zahlreiche Stellen für anionische Gruppen besitzen. Man kann jede funktionelle Gruppe, die der Verbindung des Polymers einen anionischen Charakter, d.h. eine negative Nettoladung, verleiht, verwenden. Als funktionelle Gruppen seien insbesondere Sulfonate, Sulfate, Sulfite, Phosphate, Phosphite, Phosphonate, Carboxylate oder Kombinationen daraus genannt. Mit diesen funktionellen Gruppen ist ein kationischer Teil assoziiert, so daß sich ein Salz ergibt. In weiter bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei der Suspendierhilfe um ein Tensid oder ein tensidähnliches Material mit einer negativen Nettoladung und einem hydrophoben Teil. Als Suspendierhilfen kommen herkömmliche, hinreichend bekannte Tenside und Dispergiermittel in Betracht.The suspension aid is usually a salt of an organic substance. The cationic part of the salt can vary greatly. For example, it can be a protonated amine, i.e. an ammonium group, or an alkali metal. The suspension aid can be a zwitterionic or anionic substance. If the suspension aid is zwitterionic, the net charge is preferably not positive and particularly preferably negative. The suspension aid can be a compound or a polymer. Polymers can be advantageous because they have numerous sites for anionic groups along the main chain. Any functional group that gives the polymer compound an anionic character, i.e. a negative net charge, can be used. Functional groups include in particular sulfonates, sulfates, sulfites, phosphates, phosphites, phosphonates, carboxylates or combinations thereof. A cationic part is associated with these functional groups, resulting in a salt. In further preferred embodiments, the suspending aid is a surfactant or a surfactant-like material with a negative net charge and a hydrophobic part. Conventional, well-known surfactants can be used as suspending aids and dispersants.
In weiter bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei der Suspendierhilfe um ein anionisches Tensid. In besonders bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei der Suspendierhilfe um eine dianionische organische Verbindung oder ein dianionisches organisches Polymer in Salzform, wie es oben beschrieben ist. In alternativ bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei der Suspendierhilfe um eine polyanionische Substanz. In bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei den funktionellen Gruppen der dianionischen oder polyanionischen Suspendierhilfen um Carboxylate, Sulfonate, Sulfate, Phosphate oder Kombinationen daraus. In weiter, bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei den funktionellen Gruppen der dianionischen oder polyanionischen Suspendierhilfen um Sulfonate, Phosphate oder Kombinationen daraus.In further preferred embodiments of the invention, the suspending aid is an anionic surfactant. In particularly preferred embodiments, the suspending aid is a dianionic organic compound or a dianionic organic polymer in salt form, as described above. In alternatively preferred embodiments, the suspending aid is a polyanionic substance. In preferred embodiments, the functional groups of the dianionic or polyanionic suspending aids are carboxylates, sulfonates, sulfates, phosphates or combinations thereof. In further preferred embodiments, the functional groups of the dianionic or polyanionic suspending aids are sulfonates, phosphates or combinations thereof.
Verbindungen, von denen sich zwecks Bildung einer Suspendierhilfe ein Salz ableiten läßt, werden durch die folgenden Formeln wiedergegeben: Compounds from which a salt can be derived for the purpose of forming a suspending aid are represented by the following formulas:
worin X eine funktionelle Gruppe, die dem formelgemäßen Stoff eine negative Nettoladung verleiht, bedeutet,where X is a functional group that imparts a negative net charge to the substance according to the formula,
R einen Kohlenwasserstoff wie aromatische, heteroaromatische, cycloaliphatische, aliphatische, u.a. auch Heteroatome enthaltende Kohlenwasserstoffe, sowie ein Peptid oder ein Protein oder eine polymere Form einer der obengenannten Gruppen bedeutet,R is a hydrocarbon such as aromatic, heteroaromatic, cycloaliphatic, aliphatic, and also hydrocarbons containing heteroatoms, as well as a peptide or a protein or a polymeric form of one of the above-mentioned groups,
U ein Heteroatom bedeutet, wobei die nicht durch Bindungen mit R oder X abgesättigten Valenzen mit H, OH, Halogen oder einem niederen Alkyl- oder Alkoxyrest (d.h. 1-8 Kohlenstoffe) abgesättigt sind.U is a heteroatom, where the radicals not Bonds with R or X saturated valences are saturated with H, OH, halogen or a lower alkyl or alkoxy radical (ie 1-8 carbons).
n eine solche ganze Zahl bedeutet, daß die Zahl der Kohlenstoffatome in der Suspendierhilfe 1 bis etwa 50 beträgt. Dabei bedeutet n bevorzugt eine ganze Zahl von etwa 5 bis 25.n is such a whole number that the number of carbon atoms in the suspension aid is 1 to about 50. Here, n is preferably a whole number from about 5 to 25.
Suspendierhilfen seien im einzelnen handelsübliche Tenside oder Dispergiermittel wie Fettsäuresalze, z.B. Fettsäuresulfonate, alpha-Olefinsulfonate, Naphthalinsulfonate, Biphenylsulfonate sowie Alkoholsulfonate oder die entsprechenden Phosphatgegenstücke dieser Sulfonate. Häufig setzt man aromatische Sulfonate und Phosphonate oder deren Ester ein. In anderen Ausführungsformen sind polyanionische Polypeptide wie Natriumcaseinat bevorzugt.Suspending aids are commercially available surfactants or dispersants such as fatty acid salts, e.g. fatty acid sulfonates, alpha-olefin sulfonates, naphthalene sulfonates, biphenyl sulfonates and alcohol sulfonates or the corresponding phosphate counterparts of these sulfonates. Aromatic sulfonates and phosphonates or their esters are often used. In other embodiments, polyanionic polypeptides such as sodium caseinate are preferred.
Die eingesetzte Menge an Suspendierhilfe variiert je nach der Konzentration des Bindemittels und des Adsorptionsmittels in der Beschichtungszusammensetzung. Dazu ist zu bemerken, daß bei Verwendung von zuwenig Suspendierhilfe Agglomeration des Adsorptionsmittels auftritt, was die Leistungsfähigkeit des daraus gebildeten Trägers negativ beeinflußt und die wirtschaftlichen Realisationsmöglichkeiten des Trägerherstellungsverfahrens vermindert. Den Beispielen ist zu entnehmen, daß ein Überschuß an Suspendierhilfe die Fähigkeit des Adsorptionsmittels zur Schadstoffbindung herabsetzen kann.The amount of suspension aid used varies depending on the concentration of the binder and the adsorbent in the coating composition. It should be noted that if too little suspension aid is used, agglomeration of the adsorbent occurs, which negatively affects the performance of the carrier formed from it and reduces the economic possibilities of the carrier production process. It can be seen from the examples that an excess of suspension aid can reduce the ability of the adsorbent to bind pollutants.
Man setzt bevorzugt eine zum Erhalt der bestmöglichen Leistungsfähigkeit des Trägersystems wirksame Menge an Suspendierhilfe ein. Eine wirksame Menge an Suspendierhilfe ist die Menge, die beim Auftrag der Beschichtung zur Lieferung einer einheitlichen Verteilung des Adsorptionsmittels auf der Oberfläche des Substrats ausreicht, wobei diese Menge das Bindungsvermögen des Adsorptionsmittels nicht wesentlich auf ein unter dem Niveau, das im Hinblick auf die potentielle Leistungsfähigkeit des Adsorptionsmittels in Gegenwart der gewählten Suspendierhilfe gewünscht ist, liegendes Niveau beschränkt.It is preferred to use an amount of suspending aid that is effective to obtain the best possible performance of the support system. An effective amount of suspending aid is that amount that is sufficient to provide a uniform distribution of the adsorbent on the surface of the substrate when the coating is applied, which amount does not substantially limit the binding capacity of the adsorbent to a level below that desired in view of the potential performance of the adsorbent in the presence of the selected suspending aid.
Die möglichen Konzentrationsbereiche der Suspendierhilfe in der Beschichtungszusammensetzung variieren je nach der Menge der anderen Komponenten in der Beschichtungszusammensetzung. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Wassermenge die Verwendung von weniger Suspendierhilfe im Überzug ermöglichen; jedoch kann die verwendete Bindemittelmenge die Verwendung von mehr Suspendierhilfe erforderlich machen. Die wirksame Menge kann durch Erstellung einer oder mehrerer Dosiskurven ermittelt werden, wobei man die Menge an Suspendierhilfe bei unveränderten Mengen der anderen Komponenten variiert und die Verklumpung des Adsorptionsmittels auf der Substratoberfläche und die Beeinträchtigung der Fähigkeit des Absorptionsmittels zur Bindung eines gewünschten Schadstoffs beobachtet.The possible concentration ranges of the suspending aid in the coating composition vary depending on the amount of the other components in the coating composition. For example, increasing the amount of water may allow less suspending aid to be used in the coating; however, the amount of binder used may require the use of more suspending aid. The effective amount can be determined by constructing one or more dose curves, varying the amount of suspending aid while keeping the amounts of the other components constant, and observing the clumping of the adsorbent on the substrate surface and the impairment of the ability of the absorbent to bind a desired contaminant.
Man kann der Aufschlämmung noch weitere Bestandteile zusetzen, damit die Komponenten der Aufschlämmung während des Auftrags der Aufschlämmung auf ein Substrat in Suspension bleiben. Das in der Aufschlämmung suspendierte Adsorptionsmittel neigt nämlich möglicherweise dazu, sich aus der Aufschlämmung abzusetzen. In solchen Fällen ist ein Additiv zur Verhinderung eines derartigen Absetzens, ein sogenanntes Antiabsetzmittel, von Vorteil. In einer bevorzugten Ausführungsform kann man zur Verhinderung des Absetzens ein Antiabsetzmittel, wie z.B. einen Viskositätsverbesserer, ein Verdickungsmittel oder ein Thixotropiermittel verwenden. In besonders bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Antiabsetzmittel um ein Polysaccharid. In weiter bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Antiabsetzmittel um ein anionisches Polysaccharid. Beispiele für Antiabsetzmittel zur Verwendung bei der Ausübung der Erfindung sind u.a. Guarmehl, Karrageen, Johannisbrotkernmehl, Agar, Algin, Gummi arabicum, Ghatti Gummi, Tragantgummi, Karaya-Gummi, Pektin, Xanthangummi, Tamarindengummi, Psylliumsamengummi, Quittengummi, Lärchengummi und Cellulose-Verdickungsmittel, wie z.B. Carboxymethylcellulose und Carboxy-2-hydroxyethylcellulose. Die Cellulose-Verdickungsmittel sind bevorzugt. Carboxymethylcellulose ist besonders bevorzugt.Other ingredients may be added to the slurry to keep the components of the slurry in suspension during application of the slurry to a substrate. This is because the adsorbent suspended in the slurry may tend to settle out of the slurry. In such cases, an additive to prevent such settling, a so-called anti-settling agent, is advantageous. In a preferred embodiment, an anti-settling agent such as a viscosity improver, a thickener or a thixotropic agent may be used to prevent settling. In particularly preferred embodiments, the anti-settling agent is a polysaccharide. In further preferred embodiments, the anti-settling agent is an anionic polysaccharide. Examples of anti-settling agents for use in the practice of the invention include guar gum, carrageenan, locust bean gum, agar, algin, gum arabic, ghatti gum, tragacanth gum, karaya gum, pectin, xanthan gum, tamarind gum, psyllium seed gum, quince gum, larch gum, and cellulose thickeners such as carboxymethylcellulose and carboxy-2-hydroxyethylcellulose. The cellulose thickeners are preferred. Carboxymethylcellulose is particularly preferred.
Biologisch aktive Träger können verschiedene fakultative Bestandteile enthalten. Beispiele für andere fakultative Komponenten, die man bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung einsetzen kann, sind die Dichte erhöhende Substanzen wie Baryt, Metallpulver, Kautschukpulver, Tonpulver, Bimssteinpulver, Glaspulver, aus den Kernen und Schalen von Oliven und Nüssen erhaltene Pulver sowie Gesteinsmehl; die Dichte verringernde Substanzen wie kleine Polystyrolperlen, Holzpulver, Pulver aus Kunststoffabfällen, Mikrohohlperlen und Polyethylenschaumstoffflocken; Farbmittel wie farbgebende Pigmente und Farbstoffe; Kurzfasern auf organischer oder anorganischer Basis wie Glasfasern und gelbildende makromolekulare Substanzen wie Cellulosetypen, Alginate, Stärke und Karrageenen.Biologically active carriers may contain various optional ingredients. Examples of other optional components that may be used in the practice of the present invention are density-increasing substances such as barite, metal powder, rubber powder, clay powder, pumice powder, glass powder, powders obtained from the pits and shells of olives and nuts, and rock flour; density-reducing substances such as small polystyrene beads, wood powder, powder from plastic waste, micro-hollow beads and polyethylene foam flakes; colorants such as coloring pigments and dyes; short fibers of organic or inorganic basis such as glass fibers and gel-forming macromolecular substances such as cellulose types, alginates, starch and carrageenans.
Nach der Anbindung des Adsorptionsmittels an den Träger wird der so hergestellte Biomassenträger je nach Bedarf auf eine geeignete Größe zugeschnitten und in einen Reaktor gefüllt. Alternativ dazu kann man die Beschichtung des Substrats auch auf Teilchen der zu verwendenden Größe in Bioreaktor durchführen. Dann führt man dem Reaktor eine Suspension von Schadstoffe abbauenden Mikroben zu. Die zum biologischen Abbau befähigten Mikroben werden auf, in oder auf und in den porösen Trägern durch hinreichend bekannte natürliche Prozesse absorbiert und angebunden.After the adsorbent has been bonded to the carrier, the biomass carrier produced in this way is cut to a suitable size as required and filled into a reactor. Alternatively, the substrate can also be coated on particles of the size to be used in a bioreactor. A suspension of pollutant-degrading microbes is then fed into the reactor. The microbes capable of biological degradation are absorbed and bound on, in or on and in the porous carriers by well-known natural processes.
Es ist anzunehmen, daß die Fähigkeit eines Trägers zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das, wie oben schon erläutert, gegenüber Störungen beständig ist, mit dem Alpha-Wert des speziellen Trägers im Zusammenhang steht. Die Berechnung eines Alpha-Werts erfolgt nach der folgenden Formel:It is assumed that the ability of a carrier to implement the method according to the invention, which, as already explained above, is resistant to interference, is related to the alpha value of the specific carrier. The calculation of an alpha value is carried out according to the following formula:
Alpha-Wert = [g der Lösung entzogener Schadstoff]Alpha value = [g pollutant removed from the solution]
[g Träger][g carrier]
/[g in Lösung verbleibender Schadstoff]/[g pollutant remaining in solution]
(g des Schadstoff führenden Lösungsmittels](g of the pollutant solvent]
Der Alpha-Wert gibt die Fähigkeit des Trägers (pro g) wieder, der Lösung einen Schadstoff zu entziehen. Man ermittelt den Alpha-Wert mit einer festgelegten Menge eines bestimmten Schadstoffs in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel für den Schadstoff (100 ppm Schadstoff in 100 mL Lösung) durch Messung der Anfangskonzentration des Schadstoffs und der Endkonzentration des Schadstoffs nach dem Einbringen des Trägers in die Lösung für einen festgelegten Zeitraum, ublicherweise etwa 24 Stunden.The alpha value represents the ability of the carrier (per g) to remove a contaminant from the solution. The alpha value is determined using a fixed amount of a particular contaminant in water or another solvent for the contaminant (100 ppm contaminant in 100 mL solution) by measuring the initial concentration of the contaminant and the final concentration of the contaminant after the carrier has been placed in the solution for a fixed period of time, usually about 24 hours.
Durch Messung der Schadstoffkonzentration in der Lösung nach 24 Stunden erhält man einen Alpha-Wert für den Träger. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sollte der eingesetzte Träger einen Alpha-Wert (pro Gramm Träger, wobei der Träger ein Substrat, ein Adsorptionsmittel und gegebenenfalls ein Bindemittel enthält) von mindestens etwa 100 aufweisen. Der Alpha-Wert für den Träger beträgt bevorzugt mindestens etwa 200 und besonders bevorzugt mindestens etwa 400. In weiter bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Alpha-Wert mindestens etwa 600. In vor allem bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Alpha- Wert mindestens etwa 1.000. In ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen beträgt der Alpha-Wert mindestens 1500. In alternativen Ausführungsformen beträgt der Alpha-Wert mindestens etwa 2.000, wobei der Alpha-Wert der Wahl über etwa 3.000 liegt.By measuring the pollutant concentration in the solution after 24 hours, an alpha value for the carrier is obtained. In the process according to the invention, the carrier used should have an alpha value (per gram of carrier, the carrier containing a substrate, an adsorbent and optionally a binder) of at least about 100. The alpha value for the carrier is preferably at least about 200 and more preferably at least about 400. In further preferred embodiments, the alpha value is at least about 600. In particularly preferred embodiments, the alpha value is at least about 1,000. In very particularly preferred embodiments, the alpha value is at least 1,500. In alternative embodiments, the alpha value is at least about 2,000, with the alpha value of choice being above about 3,000.
Bei den bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendeten Mikroorganismen handelt es sich um anaerobe oder aerobe Mikroorganismen, die so ausgewählt sind, daß sie Zielschadstoffe in hinreichend bekannter Weise abbauen. Die Mikroorganismen können als reiner Stamm oder als Zusammenstellung von Mikroorganismen eingesetzt werden. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung setzt man aerobe Mikroorganismen ein. Zwar bauen anaerobe Mikrorganismen Schadstoffe oftmals mit niedrigerer Geschwindigkeit ab als aerobe Mikroorganismen, jedoch kann zum Abbau eines Schadstoffs oder eines Zwischenprodukts zu einer Substanz, die sich bis zu einem nichttoxischen Niveau oder zu einer unschädlichen Substanz aerob abbauen läßt, ein anaerobes Verfahren erforderlich sein. Beispielsweise kann Ammoniak zunächst anaerob und dann aerob zu den Endprodukten abgebaut werden. Bei geeigneten Mikroorganismen, die stark variieren können, kann es sich um natürlich vorkommende Mikroorganismen oder genetisch manipulierte Mikroorganismen handeln. Dabei besteht die einzige Anforderung darin, daß die Mikroorganismen den Zielschadstoff bzw. die Zielschadstoffe über den geforderten Zeitraum bis zu den geforderten Austragsniveaus metabolisieren können. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung erhält man die Mikroorganismen aus dem schadstoffhaltigen Abfallstrom oder aus Erde, die mit dem Abfallstrom in Berührung gestanden hat.The microorganisms used in the practice of the present invention are anaerobic or aerobic microorganisms selected to degrade target pollutants in a manner well known in the art. The microorganisms may be used as a pure strain or as a collection of microorganisms. In preferred embodiments of the invention, aerobic microorganisms are used. Although anaerobic microorganisms often degrade pollutants at a slower rate than aerobic microorganisms, an anaerobic process may be required to degrade a pollutant or intermediate to a substance that can be aerobically degraded to a nontoxic level or to a harmless substance. For example, ammonia may be degraded anaerobically and then aerobically to the final products. Suitable microorganisms, which can vary widely, may be naturally occurring microorganisms or genetically engineered microorganisms. The only requirement is that the microorganisms are able to metabolize the target pollutant(s) for the required period of time to the required output levels. In the preferred embodiments of the invention, the microorganisms are obtained from the pollutant-containing waste stream or from soil that has been in contact with the waste stream.
Bei der Durchführung des Verfahrens ist der Zellengehalt an Mikroorganismen einschließlich der von Mikroorganismen produzierten extrazellulären Proteine so hoch, daß er zur Verringerung des Gehalts an organischen Schadstoffen auf die gewünschte Konzentration innerhalb der gewünschten hydraulischen Verweilzeit ausreicht. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der Zellengehalt an Mikroorganismen mindestens etwa 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Mikroorganismen, Substrat, Bindemittel und Adsorptionsmittel, und in den ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung von etwa 0,3 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, bezogen auf die obengenannte Grundlage. Unter diesen vor allem bevorzugten Ausführungsformen sind diejenigen Ausführungsformen ganz besonders bevorzugt, bei denen der Zellengehalt an Mikroorganismen 22 etwa 0,5 bis etwa 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Adsorptionsmittel, Mikroorganismen und Substrat beträgt, wobei der Gehalt der Wahl bei etwa 0,8 bis etwa 5 Gew.-%, bezogen auf die obengenannte Grundlage, liegt.When carrying out the process, the cell content of microorganisms, including the extracellular proteins produced by microorganisms, is so high that it is sufficient to reduce the content of organic pollutants to the desired concentration within the desired hydraulic residence time. In the preferred embodiments of the invention, the cell content of microorganisms is at least about 0.3% by weight, based on the total weight of microorganisms, substrate, binder and adsorbent, and in the most preferred embodiments of the invention from about 0.3% by weight to about 15% by weight, based on the above-mentioned basis. Among these most preferred embodiments, those embodiments are most preferred in which the cell content of microorganisms 22 is about 0.5 to about 10% by weight based on the total weight of adsorbent, microorganisms and substrate, with the content of choice being about 0.8 to about 5% by weight based on the above basis.
Zwar kann eine biologische Behandlung mit aeroben oder anaeroben Mikroorganismen erfolgen, jedoch sind aerobe Verfahren bevorzugt, da aerobe Systeme schneller arbeiten als anaerobe. Das Verfahren erfolgt in Gegenwart eines Gases, das eine wirksame Menge Sauerstoff enthält. Unter einer "wirksamen Menge Sauerstoff" soll hier eine Sauerstoffmenge verstanden werden, die zur Zufuhr des von den Mikroorganismen zur Metabolisierung des Zielschadstoffs benötigten Sauerstoffs ausreicht. Es ist wichtig, daß der Reaktor 10 mit der zur Lieferung der für ordentlichen mikrobiellen Stoffwechsel und zum Schadstoffabbau notwendigen Sauerstoffmenge versetzt wird. Die in einer beliebigen Situation erforderliche Sauerstoffmenge variiert stark und ist in beträchtlichem Maße von den Anforderungen der bei dem Verfahren eingesetzten Mikroorganismen sowie anderen, dem Fachmann bekannten Faktoren abhängig. Im allgemeinen beträgt die Menge des im Einsatzstrom des Verfahrens verteilten Sauerstoffs mindestens etwa 2 mg Sauerstoff pro Liter wäßrigem Einsatz. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Sauerstoffmenge etwa 2 mg/L Einsatz bis etwa 10 mg/L Einsatz und in den ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung etwa 6 mg/L Einsatz bis etwa 8 mg/L Einsatz. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Gas einheitlich oder weitgehend einheitlich über die gesamte biologisch aktive Biomasse oder nur über einen Teil davon verteilt. Die Art der Einspeisung des Gases in den Reaktor 10 kann stark variieren. Das Gas kann dem Reaktor 10 nach herkömmlichen Methoden zugeführt werden. Beispielweise erfolgt die Einspeisung des Gases in einem Vertikal- oder Aufwärtsreaktor 10 gemäß Figur 1 zusammen mit dem wäßrigen Einsatzstrom am Boden des Reaktors 10 unter Verwendung des Einblasrohrs 24, das das Gas in Form von Gasblasen mit kleinem Durchmesser zuführt. Zusätzliches Gas kann gegebenenfalls an verschiedenen Stellen entlang der Vertikalen des Reaktors 10 zugeführt werden (in der Zeichnung nicht gezeigt). In einer Ausführungsform der Erfindung, bei der es sich bei dem Reaktor 10 um einen Horizontalreaktor wie beispielsweise den gemäß Figur 2 handelt, kann man das Gas an verschiedenen Punkten entlang der Horizontalen des Reaktors 10 zuführen, um im Reaktor 10 eine weitgehend einheitliche Verteilung des Gases im Einsatzstrom zu erreichen. Bei dieser Ausführungsform strömt das aufwärts strömende Gas senkrecht oder weitgehend senkrecht zur Strömungsrichtung des wäßrigen Einsatzstroms. In den ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat der Reaktor 10 eine horizontale Konfiguration, in der das Gas einheitlich oder weitgehend einheitlich über den gesamten oder praktisch den gesamten Reaktor 10 verteilt wird. In diesen ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen führt man das Gas dem Reaktor 10 entlang seiner Horizontalen zu, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Bei dieser Fahrweise erreicht man eine einheitlichere Verteilung des Gases im Einsatzstrom.Although biological treatment can be carried out using aerobic or anaerobic microorganisms, aerobic processes are preferred because aerobic systems work faster than anaerobic ones. The process takes place in the presence of a gas that contains an effective amount of oxygen. An "effective amount of oxygen" is defined here as a The term "oxygen supply" is understood to mean the amount of oxygen sufficient to supply the oxygen required by the microorganisms to metabolize the target pollutant. It is important that the reactor 10 be supplied with the amount of oxygen necessary for proper microbial metabolism and pollutant degradation. The amount of oxygen required in any given situation varies widely and depends to a considerable extent on the requirements of the microorganisms employed in the process and other factors known to those skilled in the art. Generally, the amount of oxygen distributed in the process feed stream is at least about 2 mg of oxygen per liter of aqueous feed. In the preferred embodiments of the invention, the amount of oxygen is from about 2 mg/L of feed to about 10 mg/L of feed, and in the most preferred embodiments of the invention, from about 6 mg/L of feed to about 8 mg/L of feed. In the preferred embodiments of the present invention, the gas is distributed uniformly or substantially uniformly throughout all or only a portion of the biologically active biomass. The manner in which the gas is fed to the reactor 10 can vary widely. The gas may be introduced into the reactor 10 by conventional methods. For example, in a vertical or upflow reactor 10 as shown in Figure 1, the gas is introduced along with the aqueous feed stream at the bottom of the reactor 10 using the sparger 24 which introduces the gas in the form of small diameter gas bubbles. Additional gas may optionally be introduced at various points along the vertical of the reactor 10 (not shown in the drawing). In an embodiment of the invention in which the reactor 10 is a horizontal reactor such as that shown in Figure 2, the gas may be introduced at various points along the horizontal of the reactor 10 to achieve a substantially uniform distribution of the gas in the feed stream in the reactor 10. In this embodiment, the upflow flowing gas perpendicular or substantially perpendicular to the flow direction of the aqueous feed stream. In the most preferred embodiments of the invention, the reactor 10 has a horizontal configuration in which the gas is distributed uniformly or substantially uniformly throughout or substantially throughout the reactor 10. In these most preferred embodiments, the gas is fed to the reactor 10 along its horizontal, as shown in Figure 2. This procedure achieves a more uniform distribution of the gas in the feed stream.
Die Verfahrenstemperaturen können stark variieren und sind von den speziellen, zum Einsatz ausgewählten Mikroorganismen abhängig. Im allgemeinen führt man das Verfahren bei einer Temperatur durch, die hoch genug ist, um den Stoffwechsel des Mikroorganismus nicht unnötig zu stören, und tief genug ist, um den Mikroorganismus nicht durch Wärmeeinwirkung zu desaktivieren. Die Verfahrenstemperaturen liegen in der Regel bei etwa 5ºC bis etwa 65ºC, bevorzugt im Bereich von etwa 15ºC bis etwa 65ºC, besonders bevorzugt im Bereich von etwa 12ºC bis etwa 45ºC und ganz besonders bevorzugt im Bereich von etwa 25ºC bis etwa 35ºC.Process temperatures can vary widely and depend on the specific microorganisms selected for use. In general, the process is carried out at a temperature that is high enough not to unduly disturb the metabolism of the microorganism and low enough not to deactivate the microorganism by heat. Process temperatures are generally from about 5ºC to about 65ºC, preferably in the range of about 15ºC to about 65ºC, more preferably in the range of about 12ºC to about 45ºC, and most preferably in the range of about 25ºC to about 35ºC.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der wäßrige schadstoffhaltige Strom über einen Zeitraum behandelt, der zur Verringerung der Konzentration mindestens eines Schadstoffs im Austragsstrom im gewünschten Ausmaß ausreicht. Im allgemeinen genügt bei wäßrigen Einsatzströmen, in denen die Konzentration mindestens eines Schadstoffs kleiner gleich etwa 5.000 ppm ist, eine hydraulische Verweilzeit von weniger als etwa 48 Stunden, bevorzugt weniger als etwa 24 Stunden und besonders bevorzugt weniger als etwa 15 Stunden, zur Veringerung der Konzentration mindestens eines Schadstoffs im Austragsstrom auf eine Konzentration kleiner gleich etwa 22 Teile pro Million (ppm), bevorzugt kleiner gleich etwa 10 ppm, besonders bevorzugt kleiner gleich etwa 1 ppm und ganz besonders bevorzugt kleiner gleich etwa 0,1 ppm, wobei die Konzentration der Wahl kleiner gleich etwa 0,02 ppm ist. Die jeweilige hydraulische Verweilzeit ist von der Schadstoffmenge im Einsatzstoff, der Betriebstemperatur, der Gegenwart anderer Materialien im Einsatzstoff, der Dichte der Mikroorganismen im Festbett usw. abhängig.In the process according to the invention, the aqueous pollutant-containing stream is treated for a period of time which is sufficient to reduce the concentration of at least one pollutant in the effluent stream to the desired extent. In general, for aqueous feed streams in which the concentration of at least one pollutant is less than or equal to about 5,000 ppm, a hydraulic residence time of less than about 48 hours, preferably less than about 24 hours, and more preferably less than about 15 hours, is sufficient to reduce the concentration of at least one pollutant in the effluent stream to a concentration of less than or equal to about 22 parts per million (ppm), preferably less than or equal to about 10 ppm, more preferably less than or equal to about 1 ppm, and most preferably less than or equal to about 0.1 ppm, with the concentration of choice being less than or equal to about 0.02 ppm. The respective hydraulic residence time depends on the amount of contaminants in the feedstock, the operating temperature, the presence of other materials in the feedstock, the density of microorganisms in the fixed bed, etc.
Die wäßrigen Abfallströme, die unter Verwendung von die erfindungsgemäßen Biomassenträger enthaltenden Reaktoren behandelt werden können, und die in derartigen Strömen enthaltenen Schadstoffe können stark variieren. Man kann Abfallströme behandeln, die anorganische (z.B. Ammoniak) oder organische Materialien enthalten. Zu den organischen Materialien zählt eine große Zahl von Kohlenwasserstoffen und modifizierten Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Aliphaten, Aromaten, Heteroaromaten und deren halogenierte Derivate. Zu den organischen Schadstoffen gehören ferner Kohlenwasserstoffe mit funktionellen Gruppen, beispielsweise Hydroxy-, Aldehyd-, Carbonsäure-, Cyano-, phosphor- und schwefelhaltige Gruppen (-SO&sub3;H, - SO&sub4;, -S-, SH und -SR, worin R einen einwertigen Kohlenwasserstoff bedeutet). Eine der bedeutendsten Klassen von organischen Schadstoffen besteht aus aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Benzol, Toluol, Xylolen, Alkylbenzolen, phenolischen Stoffen und deren halogenierten Derivaten sowie mehrkernigen aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Naphthalin, Anthracen, Chrysen, Acenaphthylen, Acenaphthen, Phenanthren, Fluoren, Fluoranthen, Naphthacen, Pyren und deren halogenierte Derivate (z.B. polychlorierte Biphenyle, Hexachlorbenzol, 5-Bromuracil, 2,4-Dichlorphenol usw.). In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Schadstoffen um diejenigen, die in Abfallströmen von industriellen Produktionsstätten häufig anzutreffen sind. Zur Behandlung im erfindungsgemäßen Verfahren sind beispielsweise phenolische Stoffe bevorzugt. Beispiele für phenolische Stoffe sind Phenol, Kresole, Resorcine, Catechol, halogenierte Phenole wie beispielsweise 2-Chlorphenol, 3-Chlorphenol, 4- Chlorphenol, 2,-4-Dichlorphenol, Pentachlorphenol, Nitrophenole wie 2-Nitrophenol und 4-Nitrophenol und 2,4- Dimethylphenol. Phenolische Stoffe finden sich in Abfallströmen von Phenolherstellern, Phenolverbrauchern, Phenolharzherstellern, Steinkohlenteerverarbeitungsstätten und Zellstoffbetrieben und anderen Delignifizierungsbetrieben. Damit ist jedoch nicht gesagt, daß das Verfahren nur mit derartigen Strömen durchgeführt werden kann oder muß. Man kann das erfindungsgemäße Verfahren mit jedem wäßrigen Einsatz durchführen, der zu verringernde Gehalte an organischen Schadstoffen enthält. Bei den Schadstoffen in den behandelten Abfallströmen handelt es sich bevorzugt um nicht in Teilchenform vorliegende Substanz.The aqueous waste streams which can be treated using reactors containing the biomass carriers of the invention and the pollutants contained in such streams can vary widely. Waste streams containing inorganic (e.g. ammonia) or organic materials can be treated. Organic materials include a wide range of hydrocarbons and modified hydrocarbons such as aliphatics, aromatics, heteroaromatics and their halogenated derivatives. Organic pollutants also include hydrocarbons containing functional groups such as hydroxy, aldehyde, carboxylic acid, cyano, phosphorus and sulfur-containing groups (-SO₃H, -SO₄, -S-, SH and -SR, where R is a monovalent hydrocarbon). One of the most important classes of organic pollutants consists of aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylenes, alkylbenzenes, phenolic substances and their halogenated derivatives and polynuclear aromatic hydrocarbons such as naphthalene, anthracene, chrysene, acenaphthylene, acenaphthene, phenanthrene, fluorene, fluoranthene, naphthacene, pyrene and their halogenated derivatives (e.g. polychlorinated biphenyls, hexachlorobenzene, 5-bromouracil, 2,4-dichlorophenol, etc.). In the preferred embodiments of the present invention, the pollutants are those which are frequently found in waste streams from industrial production facilities. For example, phenolic substances are preferred for treatment in the process according to the invention. Examples of phenolic substances are phenol, cresols, resorcinol, catechol, halogenated phenols such as 2-chlorophenol, 3-chlorophenol, 4-chlorophenol, 2,-4-dichlorophenol, pentachlorophenol, nitrophenols such as 2-nitrophenol and 4-nitrophenol and 2,4- Dimethylphenol. Phenolic substances are found in waste streams from phenol producers, phenol consumers, phenol resin producers, coal tar processing plants and pulp plants and other delignification plants. However, this does not mean that the process can or must only be carried out with such streams. The process according to the invention can be carried out with any aqueous feed that contains levels of organic pollutants to be reduced. The pollutants in the treated waste streams are preferably non-particulate substances.
Die Anfangskonzentration der in dem bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten wäßrigen Abfallstrom enthaltenen Schadstoffe kann stark variieren. Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit bereits bekannten biologischen Entfrachtungsverfahren besteht darin, daß auch Abfallströme mit verhältnismäßig hohem Schadstoffgehalt behandelt werden können. Bei der Konzentration der organischen Schadstoffe in Prozeßströmen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelbar sind, handelt es sich um "biologisch behandelbare Gehalte". Unter "biologisch behandelbaren Gehalten" sind hier Schadstoffkonzentrationen zu verstehen, die die Metabolisierung der Schadstoffe durch den Mikroorganismus nicht oder nicht übermäßig hemmen. Austragsströme industrieller Prozesse, wie z.B. aus Phenolproduktionsbetrieben und Steinkohlenteerverarbeitungsbetrieben können Schadstoffgehalte über 20.000 ppm aufweisen, die das Verfahren stören können. Es ist bevorzugt, diese Gehalte durch herkömmliche Verfahren wie Lösungsmittelextraktion, Dampfdestillation und dergleichen auf ein biologisch behandelbares Niveau zu verringern. Die Konzentration der Schadstoffe in den wäßrigen Strömen ist im allgemeinen kleiner gleich etwa 5000 ppm. Die niedrigere Konzentration ist offensichtlich nicht kritisch und stellt keine Einschränkung des Verfahrens dar. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Konzentration von organischen Schadstoffen kleiner gleich etwa 4000 ppm und in den besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kleiner gleich etwa 3000 ppm. Unter diesen besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind diejenigen ganz besonders bevorzugt, bei denen die Schadstoffkonzentration kleiner gleich etwa 2000 ppm ist, wobei die Schadstoffkonzentration der Wahl kleiner gleich etwa 800 ppm ist. Bei längerer hydraulischer Verweilzeit ist offensichtlich die Behandlung von höheren Schadstoffkonzentrationen möglich.The initial concentration of the pollutants contained in the aqueous waste stream used in the process according to the invention can vary greatly. One of the advantages of the present invention compared to already known biological removal processes is that waste streams with a relatively high pollutant content can also be treated. The concentration of organic pollutants in process streams that can be treated according to the process according to the invention are "biologically treatable levels". "biologically treatable levels" are understood here to mean pollutant concentrations that do not or do not excessively inhibit the metabolism of the pollutants by the microorganism. Discharge streams from industrial processes, such as phenol production plants and coal tar processing plants, can have pollutant levels above 20,000 ppm, which can interfere with the process. It is preferred to reduce these levels to a biologically treatable level by conventional methods such as solvent extraction, steam distillation and the like. The concentration of pollutants in the aqueous streams is generally less than or equal to about 5000 ppm. The lower concentration is obviously not critical and does not represent a limitation of the process. In the preferred embodiments of the present invention, the concentration of organic pollutants less than or equal to about 4000 ppm and in the particularly preferred embodiments of the invention less than or equal to about 3000 ppm. Among these particularly preferred embodiments of the invention, those are particularly preferred in which the pollutant concentration is less than or equal to about 2000 ppm, with the pollutant concentration of choice being less than or equal to about 800 ppm. With a longer hydraulic residence time, the treatment of higher pollutant concentrations is obviously possible.
Zum optimalen biologischen Abbau muß man möglicherweise den pH-Wert des schadstoffhaltigen Einsatzes einstellen. Der pH-Wert liegt im allgemeinen in dem pH- Wertbereich, bei dem der Zielschadstoff bzw. die Zielschadstoffe metabolisiert werden können. In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beträgt der pH-Wert des Einsatzes etwa 6 bis etwa 9 und in der ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung etwa 6,5 bis etwa 7,5.For optimal biodegradation, it may be necessary to adjust the pH of the contaminant-containing feed. The pH is generally in the pH range at which the target contaminant(s) can be metabolized. In the preferred embodiments of the invention, the pH of the feed is from about 6 to about 9, and in the most preferred embodiment of the invention, the pH is from about 6.5 to about 7.5.
Möglicherweise muß man auch Nährstoffe zusetzen. Die Zufuhr derartiger Stoffe kann durch Verwendung von bekannten Additiven wie Fischmehlpepton, Sojamehl, Erdnußöl, Baumwollsamenöl und dergleichen erfolgen, wobei gewöhnlich auch noch Salze, die Phosphat-, Natrium-, Kalium-, Ammonium-, Calcium-, Sulfat-, Chlorid-, Bromid-, Nitrat-, Carbonationen oder ähnliche Ionen liefern können, erforderlich sein können. Gegebenenfalls können dem Fachmann bekannte Spurenelemente zugesetzt werden. Häufig liegen im wäßrigen Einsatz schon üblicherweise ausreichende Mengen vor, die die Minimalanforderungen des Mikroorganismus erfüllen.It may also be necessary to add nutrients. The supply of such substances can be achieved by using known additives such as fish meal peptone, soy meal, peanut oil, cottonseed oil and the like, whereby salts that can provide phosphate, sodium, potassium, ammonium, calcium, sulfate, chloride, bromide, nitrate, carbonate ions or similar ions may also be required. If necessary, trace elements known to the expert can be added. In aqueous use, sufficient quantities are often already present to meet the minimum requirements of the microorganism.
Man führt dem Reaktor 10 den wäßrigen Einsatzstrom mit herkömmlichen Mitteln zu und leitet ihn unter Verwendung einer "wirksamen hydraulischen Verweilzeit" hindurch. Unter einer "wirksamen hydraulischen Verweilzeit" ist hier eine Zeit zu verstehen, die zur verfahrensgemäßen Verringerung der Konzentration der Schadstoffe im Austragsstrom auf das gewünschte Niveau ausreicht. Die hydraulischen Verweilzeiten können stark variieren und sind im allgemeinen von solchen Faktoren wie der Schadstoffkonzentration im wäßrigen Einsatzstrom, der gewünschten maximalen Schadstoffkonzentration im wäßrigen Austragsstrom, den in der Biomasse enthaltenen Mikroorganismen, dem Schadstoff und dergleichen abhängig. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man die Schadstoffkonzentration innerhalb von verhältnismäßig kurzen hydraulischen Verweilzeiten verringern kann. In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die hydraulischen Verweilzeiten kleiner gleich etwa 48 h, und in den besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung betragen sie etwa 10 bis etwa 36 h. Unter diesen besonders bevorzugten Ausführungsformen sind diejenigen ganz besonders bevorzugt, bei denen die hydraulische Verweilzeit etwa 10 bis etwa 24 h beträgt.The aqueous feed stream is fed to the reactor 10 by conventional means and passed through it using an "effective hydraulic residence time". By "effective hydraulic residence time" is meant here a time sufficient to reduce the concentration of contaminants in the effluent stream to the desired level in accordance with the process. The hydraulic residence times can vary widely and are generally dependent on such factors such as the pollutant concentration in the aqueous feed stream, the desired maximum pollutant concentration in the aqueous discharge stream, the microorganisms contained in the biomass, the pollutant and the like. An advantage of the process according to the invention is that the pollutant concentration can be reduced within relatively short hydraulic residence times. In the preferred embodiments of the present invention, the hydraulic residence times are less than or equal to about 48 hours, and in the particularly preferred embodiments of the invention they are about 10 to about 36 hours. Among these particularly preferred embodiments, those in which the hydraulic residence time is about 10 to about 24 hours are very particularly preferred.
Wie schon bemerkt, besteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren darin, daß es gegenüber Störungen durch verhältnismäßig hohe Schadstoffkonzentrationen im Zulaufstrom beständig ist. Steigt die Konzentration eines Schadstoffs in einem Zulaufstrom für eine Dauer von 1 HVZ von einer ersten Konzentration C&sub1; auf eine zweite, höhere Konzentration C&sub2;, so verursacht der Anstieg auf c&sub2; einen Anstieg in der Konzentration des Austragsstroms. Beim vorliegenden Verfahren wird die Konzentration des Schadstoffs im Austragsstrom nach dem Durchleiten eines Zulaufstroms mit der Konzentration C&sub2; für die Dauer von 1 HVZ durch einen Reaktor innerhalb von etwa 1/24 HVZ oder schneller auf unter etwa 0,15 C&sub2; verringert. Zusätlich sorgt das Verfahren dafür, daß die Schadstoffkonzentration im Austragsstrom bei Abnahme der Schadstoffkonzentration im Zulauf auf C&sub1; und Einhalten der Schadstoffkonzentration von etwa C&sub1; für die Dauer von mindestens einer HVZ innerhalb von 1 HVZ oder schneller auf einen Wert kleiner gleich etwa 0,12 C&sub1; abnimmt. Bei einer Verdopplung der Schadstoffkonzentration von c&sub1; auf C&sub2;, wobei c&sub1; eine Schadstoffkonzentration ist, die unter der Konzentration liegt, bei der Hemmung der Mikroorganismen auftritt, kann man beispielsweise mit dembehandlungsverfahren die Schadstoffkonzentration im Austragsstrom innerhalb von 1/24 der für das Verfahren gewählten HVZ auf unter 0,15 c&sub2; verringern. Mit dem Verfahren ist bevorzugt eine Verringerung der Schadstoffkonzentration auf solche Konzentrationen c&sub2; möglich, bei denen die Mikroorganismen andernfalls zumindest teilweise gehemmt würden.As already noted, an advantage of the process according to the invention is that it is resistant to interference from relatively high pollutant concentrations in the feed stream. If the concentration of a pollutant in a feed stream increases from a first concentration C₁ to a second, higher concentration C₂ for a period of 1 HVZ, the increase to c₂ causes an increase in the concentration of the effluent stream. In the present process, after passing a feed stream having the concentration C₂ through a reactor for a period of 1 HVZ, the concentration of the pollutant in the effluent stream is reduced to below about 0.15 C₂ within about 1/24 HVZ or faster. In addition, the process ensures that the pollutant concentration in the effluent stream decreases to C₁ and the pollutant concentration is maintained at about C₁. for the duration of at least one HVZ within 1 HVZ or faster to a value less than or equal to about 0.12 C₁. If the pollutant concentration is doubled from c₁ to C₂, where c₁ is a pollutant concentration which is below the concentration at which inhibition of the microorganisms occurs, the pollutant concentration in the discharge stream can be reduced, for example, using the treatment process to below 0.15 c₂ within 1/24 of the HVZ selected for the process. The process preferably enables a reduction of the pollutant concentration to concentrations c₂ at which the microorganisms would otherwise be at least partially inhibited.
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist das Reinigungsverfahren so beschaffen, daß die Schadstoffkonzentration im Austragsstrom nach einem Anstieg der Schadstoffkonzentration im Zulauf von C&sub1; auf C&sub2; für die Dauer von 1 HVZ innerhalb von etwa 1/24 HVZ nach dem Ende dieser 1 HVZ bei C&sub2; auf höchstens etwa 0,075 C&sub2; und nach Rückkehr des Schadstoffgehalts im Zulauf auf C&sub1; und Einhalten von C&sub1; für die Dauer von mindestens 1 HVZ innerhalb von 1 HVZ oder schneller auf höchstens 0,001 C&sub1; verringert wird.In further embodiments of the present invention, the cleaning process is such that the pollutant concentration in the discharge stream after an increase in the pollutant concentration in the feed from C₁ to C₂ for a period of 1 HVZ within about 1/24 HVZ after the end of this 1 HVZ at C₂ is reduced to a maximum of about 0.075 C₂ and after the pollutant content in the feed returns to C₁ and C₁ is maintained for a period of at least 1 HVZ within 1 HVZ or faster to a maximum of 0.001 C₁.
Bevorzugt wird die Schadstoffkonzentration im Austragsstrom bei dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren nach einem Anstieg der Schadstoffkonzentration im Zulaufstrom von C&sub1; auf C&sub2; für die Dauer von 1 HVZ innerhalb von 1/24 HVZ nach dem Ende dieser 1 HVZ bei C&sub2; auf höchstens 0,01 C&sub2; und nach Wiederabsinken des Schadstoffgehalts im Zulauf von C&sub2; auf C&sub1; und Einhalten von C&sub1; für die Dauer von mindestens 1 HVZ innerhalb von 1 HVZ oder schneller auf höchstens 0,001 C&sub1; verringert.Preferably, the pollutant concentration in the discharge stream in the cleaning process according to the invention is reduced after an increase in the pollutant concentration in the feed stream from C₁ to C₂ for a period of 1 HVZ within 1/24 HVZ after the end of this 1 HVZ at C₂ to a maximum of 0.01 C₂ and after the pollutant content in the feed stream has fallen again from C₂ to C₁ and C₁ is maintained for a period of at least 1 HVZ within 1 HVZ or faster to a maximum of 0.001 C₁.
In weiter bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens wird die Schadstoffkonzentration im Austragsstrom nach einem Anstieg der Schadstoffkonzentration im Zulauf von C&sub1; auf C&sub2; für die Dauer von 1 HVZ innerhalb von 1/24 HVZ nach dem Ende dieser 1 HVZ bei C&sub2; auf höchstens 0,005 C&sub2; und nach Wiederabsinken des Schadstoffgehalts im Zulauf von C&sub2; auf C&sub1; und Einhalten von oder ungefähr von C&sub1; für die Dauer von mindestens 1 HVZ innerhalb von 1 HVZ oder schneller auf höchstens 0,0005 C&sub1; verringert.In further preferred embodiments of the inventive cleaning process, the concentration of pollutants in the discharge stream is reduced after an increase in the concentration of pollutants in the feed from C₁ to C₂ for a duration of 1 HVZ within 1/24 HVZ after the end of this 1 HVZ at C₂ to a maximum of 0.005 C₂ and after the concentration of pollutants in the feed drops again from C₂ to C₁ and is maintained at or approximately at C₁ for a duration of at least 1 HVZ within 1 HVZ or faster to a maximum of 0.0005 C₁.
Die neuen erfindungsgemäßen Biomassenträger können in herkömmlichen biologischen Abfallbehandlungssystemen eingesetzt werden, wie z.B. in kontinuierlichen Rührkesseln, Festbettreaktoren und Wirbelschichtreaktoren. Bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet man bevorzugt ein Festbettreaktorsystem und stellt so ein Behandlungsverfahren mit geringer Schlammproduktion bereit. Herkömmliche Festbettsysteme sind in der US-PS 4 983 299 beschrieben.The novel biomass carriers according to the invention can be used in conventional biological waste treatment systems, such as in continuous stirred tanks, fixed bed reactors and fluidized bed reactors. In the practice of the present invention, it is preferred to use a fixed bed reactor system to provide a low sludge production treatment process. Conventional fixed bed systems are described in U.S. Patent No. 4,983,299.
Die folgenden Beispiele dienen nur der Erläuterung der vorliegenden Erfindung, deren Schutzbereich wesentlich größer ist. Diese Beispiele sind in keiner Weise als einschränkend zu betrachten.The following examples are only intended to illustrate the present invention, the scope of which is considerably broader. These examples are not to be considered as limiting in any way.
Ein Vergleich von Schaumstoffen, die nach einer Reihe von verschiedenen Verfahren mit Aktivkohle imprägniert worden sind, ist in Tabelle 1 gezeigt. Die Prüfung der Träger erfolgte durch Packen von Glassäulen mit einer Höhe von 64 cm und einem Durchmesser von 3,4 cm. Das Festbett in Spalte I bestand aus einem flexiblen Polyurethanschaumstoff auf Polyetherbasis mit einer typischen Schwammstruktur und einer Dichte von 19,2 kg/m³ (1,2 Pfund/Fuß³) von der Firma General Foam Corporation, West Hazelton, PA, USA. Die Schaumstoffblöcke waren etwa 13 mm (1/2 Zoll) groß. Die Säule wurde mit 200 ml einer Phenol abbauenden Bakterienkultur beimpft. Das Festbett in Spalte II bestand aus Polyurethanschaumstoff analog Spalte I, wurde aber wie folgt mit Aktivkohle imprägniert: Die Schaumstoffblöcke wurden in 500 ml einer 1%igen Lösung von Benzylpolyethylenamin (B-PEI) in Ethylalkohol, die 100 g Aktivkohlepulver des Calgon-Typs WPX enthielt, eingetaucht. Die Schaumstoffblöcke wurden aus dem Imprägnierbad herausgenommen und überschüssige Flüssigkeit herausgedrückt. Anschließend wurden die Blöcke 12 Stunden lang in einem Vakuumabzug getrocknet und dann zur Entfernung des nicht angebundenen Kohlenstoffs in einer Trommel durcheinandergewirbelt. Das Festbett in Spalte III bestand aus Polyurethan-Schaumstoff analog Spalte I, wurde aber wie folgt mit Aktivkohle imprägniert: Die Schaumstoffblöcke wurden in 500 ml einer %igen Lösung von Polystyrol in Essigsäureethylester, die 100 g Aktivkohlepulver des Calgon-Typs WPX enthielt, eingetaucht. Die Blöcke wurden dann wie oben beschrieben getrocknet und vorbereitet. Das Festbett in Spalte IV bestand aus Polyurethan-Schaumstoff analog Spalte I, wurde aber wie folgt mit Aktivkohle imprägniert: Die Schaumstoffblöcke wurden in 500 ml Essigsäureethylester, das 100 g Aktivkohlepulver des Calgon- Typs enthielten, eingetaucht. Die Blöcke wurden dann wie oben getrocknet und vorbereitet. Den Reaktoren wurde mit einer hydraulischen Verweilzeit von etwa 12 Stunden ein 500 mg/L Phenol und 10 mg/L 2,4-Dimethylphenol enthaltender Abwassereinsatz zugeführt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 Vergleich von mit Kohlenstoff imprägnierten Schaumstoffen in Festbettreaktoren. A comparison of foams impregnated with activated carbon by a number of different processes is shown in Table 1. The supports were tested by packing glass columns 64 cm high and 3.4 cm in diameter. The packed bed in Column I consisted of a flexible polyether-based polyurethane foam with a typical sponge structure and a density of 19.2 kg/m³ (1.2 lb/ft³) from General Foam Corporation, West Hazelton, PA, USA. The foam blocks were approximately 13 mm (1/2 inch) in size. The column was inoculated with 200 ml of a phenol-degrading bacterial culture. The packed bed in column II consisted of polyurethane foam as in column I, but was impregnated with activated carbon as follows: The foam blocks were immersed in 500 ml of a 1% solution of benzylpolyethyleneamine (B-PEI) in ethyl alcohol containing 100 g of activated carbon powder of Calgon type WPX. The foam blocks were removed from the impregnation bath and excess liquid was squeezed out. The blocks were then dried in a vacuum hood for 12 hours and then tumbled in a drum to remove the unbound carbon. The packed bed in column III consisted of polyurethane foam as in column I, but was impregnated with activated carbon as follows: impregnated: The foam blocks were immersed in 500 ml of a 100% solution of polystyrene in ethyl acetate containing 100 g of Calgon WPX activated carbon powder. The blocks were then dried and prepared as described above. The packed bed in column IV consisted of polyurethane foam analogous to column I, but was impregnated with activated carbon as follows: The foam blocks were immersed in 500 ml of ethyl acetate containing 100 g of Calgon activated carbon powder. The blocks were then dried and prepared as above. A wastewater feed containing 500 mg/L phenol and 10 mg/L 2,4-dimethylphenol was fed to the reactors with a hydraulic residence time of approximately 12 hours. The results are shown in Table 1 below. Table 1 Comparison of carbon impregnated foams in fixed bed reactors.
Die Ergebnisse zeigen, daß die mit Aktivkohle imprägnierten Substrate phenolische Stoffe wirksam absorbieren.The results show that the substrates impregnated with activated carbon effectively absorb phenolic substances.
Es wurden Versuche zur Beurteilung der Anbindungsfähigkeit von Aktivkohle an einen Träger mittels Wärmebehandlung durchgeführt.Experiments were carried out to assess the ability of activated carbon to bond to a carrier by means of heat treatment.
. . Allgemeine Verfahrensweise zur Herstellung von Trägern mittels Wärmebehandlung. . General procedure for producing beams by heat treatment
1. Wiegen eines 25x25x25mm (1 Zoll x 1 Zoll x 1 Zoll) großen Stücks PUS (Polyurethanschaumstoff). Bei dem Schaumstoff handelt es sich um ScottBlue Foamex (SBF) von der Firma Foamex.1. Weigh a 25x25x25mm (1 inch x 1 inch x 1 inch) piece of PUS (polyurethane foam). The foam is ScottBlue Foamex (SBF) from from Foamex.
2. Einbringen von AKP, Aktivkohlepulver von der Firma Calgon, im Überschuß (etwa 2 g) und SBF in ein Gefäß, das unter Schütteln über verschieden lange Zeiträume auf verschiedene Temperaturen entsprechend den in Tabelle 2 gemachten Angaben erwärmt wird.2. Add an excess of AKP, activated carbon powder from Calgon, (approximately 2 g) and SBF to a vessel, which is heated to different temperatures for different periods of time, in accordance with the information given in Table 2, while shaking.
3. Austragen des SBF aus dem Gefäß. Überschüssiges AKP wurde durch Abschütteln per Hand und Waschen mit deionisiertem Wasser entfernt.3. Discharge the SBF from the vessel. Excess AKP was removed by shaking by hand and washing with deionized water.
Die AKP-Belegung wurde visuell durch Betrachtung des mit AKP überzogenen SBF unter einem Mikroskop bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. TABELLE 2 AKP coverage was determined visually by observing the AKP-coated SBF under a microscope. The results are shown in Table 2. TABLE 2
A - SBF wurde in Lieferform verwendet.A - SBF was used as supplied.
B - SBF wurde vor dem Auftrag von AKP in deionisiertem Wasser gewaschen.B - SBF was washed in deionized water before application of AKP.
Mit zunehmender Behandlungsdauer und zunehmender Temperatur stieg die AKP-Belegung an. Nachteilig beim Wärmeverfahren ist das Fehlen einer festen Bindung des AKP an den PUS, wobei allerdings das AKP in einem aktiven Zustand blieb. Während der Wärmebehandlung wurde aus dem AKP Wasser ausgetrieben. Grundsätzlich schienen Temperaturen von etwa 70 bis 137ºC die Bindung des AKP an PUS zu unterstützen. Durch Schütteln werden nur geringe AKP- Mengen entfernt, wohingegen durch kräftiges Waschen mit Wasser über 60% des AKP ausgespült werden.With increasing treatment time and temperature, the AKP occupancy increased. The disadvantage of the heat treatment is the lack of a firm bond between the AKP and the PUS, although the AKP remained in an active state. During the heat treatment, AKP water is expelled. In general, temperatures of about 70 to 137ºC seem to support the binding of AKP to PUS. Shaking removes only small amounts of AKP, whereas vigorous washing with water flushes out over 60% of the AKP.
Zur Bewertung einer Reihe von Trägersystemen, ohne diese jeweils in einem Bioreaktor einzusetzen, wurden zur Analyse der relativen Bindeeigenschaften der hergestellten Träger Alpha-Werte verwendet. Die Berechnung des Alpha-Werts für jede Probe erfolgt nach der obengenannten Alpha-Wert-Formel.To evaluate a range of carrier systems, without using each of them in a bioreactor, alpha values were used to analyze the relative binding properties of the carriers produced. The alpha value for each sample is calculated using the alpha value formula mentioned above.
Der Alpha-Wert kann in Bezug auf die verwendete Absorptionsmittelmenge und die Anfangsmenge des Schadstoffs (z.B. Phenol) beträchtlich variieren. Die Unterschiede der Alpha-Werte bei gleicher Anfangsmenge Phenol können jedoch mit der relativen Wirksamkeit des Trägers bei der Bindung eines Schadstoffs in Beziehung gebracht werden. Die Korrelation wird durch die bei den Versuchen im Bioreaktor (ICB) erhaltenen Ergebnisse bestätigt. Zur Bestimmung des Alpha-Werts geht man allgemein wie folgt vor:The alpha value can vary considerably depending on the amount of absorbent used and the initial amount of pollutant (e.g. phenol). However, the differences in alpha values for the same initial amount of phenol can be related to the relative effectiveness of the carrier in binding a pollutant. The correlation is confirmed by the results obtained in the tests in the bioreactor (ICB). The general procedure for determining the alpha value is as follows:
1. Ein 25x25x25 mm (1 Zoll x 1 Zoll x 1 Zoll) oder ähnlich großer Würfel oder bzw. eine derartige Platte aus dem auf seine Fähigkeit zur Bindung von Phenol zu prüfenden Material wurde entweder als Verbundstoff geformt oder aus einem größeren Stück Material/Verbundstoff geschnitten.1. A 25x25x25 mm (1 inch x 1 inch x 1 inch) or similar sized cube or plate of the material to be tested for its ability to bind phenol was either molded as a composite or cut from a larger piece of material/composite.
2. In einem 250-Weithalskolben Nr. 5100 aus Pyrex wurden mit einem 100-ml-Meßzylinder Nr. 3022 aus Pyrex 100 ml mit 100 ppm Phenol (+/- etwa 2% gemäß Analyse) vorgelegt.2. In a 250 wide-necked Pyrex flask No. 5100 with a 100-mL Pyrex graduated cylinder No. 3022 100 mL of phenol containing 100 ppm (+/- about 2% by analysis) was placed.
3. Der Kolben wurde mit einem mit Aluminiumfolie umwickelten Gummistopfen verschlossen. Die Aluminiumfolie soll dabei verhindern, daß der Gummistopfen organische Stoffe absorbiert.3. The flask was sealed with a rubber stopper wrapped in aluminum foil. The aluminum foil is intended to prevent the rubber stopper from absorbing organic substances.
4. Der Phenollösung wird der zu prüfende Materialwürfel zugesetzt, der Kolben mit dem Stopfen verschlossen und auf einer kreisenden Schüttelmaschine mit 250 U/min 24 Stunden lang bewegt.4. The material cube to be tested is added to the phenol solution and the flask is closed with the stopper and moved on an orbital shaker at 250 rpm for 24 hours.
Die Lösungen wurden wie folgt auf Phenol geprüft:The solutions were tested for phenol as follows:
Die Phenolkonzentration wurde nach dem analytischen Standardverfahren mit 4-Aminoantipyrin (AAP) bestimmt, siehe Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 16. Aufl. (1985), Verfahren (510-4AAP). Für Messungen an Proben mit einem Gehalt unter 1 ppm Phenol wurde eine separate Standardkurve für Phenolkonzentrationen zwischen 0,25 und 1 ppm verwendet. Bei einigen Beispielen wurde die Schadstoffmenge mit GC/MSD, d.h. gaschromatographischer Analyse mit selektivem Massendetektor bestimmt. Die GC/MSD-Methode ist sowohl empfindlicher als auch selektiver als die 4-AAP-Methode.Phenol concentration was determined using the standard analytical method using 4-aminoantipyrine (AAP), see Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 16th ed. (1985), Method (510-4AAP). For measurements on samples containing less than 1 ppm phenol, a separate standard curve was used for phenol concentrations between 0.25 and 1 ppm. In some examples, the amount of contaminant was determined using GC/MSD, i.e. gas chromatography analysis with selective mass detector. The GC/MSD method is both more sensitive and more selective than the 4-AAP method.
Unter Verwendung des Wärmebehandlungsverfahrens und der oben beschriebenen Phenolbestimmung wurde ein Alpha-Wert berechnet. Das AKP und SBF wurden 24 Stunden lang auf eine Temperatur von 100ºC erwärmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 An alpha value was calculated using the heat treatment procedure and phenol determination described above. The AKP and SBF were heated to a temperature of 100ºC for 24 hours. The results are shown in Table 3. Table 3
Bei dem obigen Versuch und bei jedem Versuch zur Bestimmung des Alpha-Werts ist das Lösungsmittel Wasser und das Volumen 100 ml.In the above experiment and in any experiment to determine the alpha value, the solvent is water and the volume is 100 ml.
Ein 250-ml-Erlenmeyerkolben wurde mit 1,0 g AKP und 100 ml eines speziellen Lösungsmittels beschickt und auf einer kreisenden Schüttelmaschine 24 Stunden lang bewegt. Das AKP wurde auf Filterpapier gesammelt und über Nacht bei Raumtemperatur trocknen gelassen. Dann wurde ein Zehntel Gramm des behandelten AKP in einem 250-ml- Erlenmeyerkolben mit 100 ml einer Lösung von 100 ppm Phenol in Wasser (Phenolkonzentration 96,9 ppm) gemischt und auf der kreisenden Schüttelmaschine mit 100 U/min 5 Stunden lang geschüttelt. Die Ergebnisse der Phenolbestimmung im Überstand sind in Tabelle 4 aufgeführt.A 250 ml Erlenmeyer flask was charged with 1.0 g AKP and 100 ml of a special solvent and on an orbital shaker for 24 hours. The ACP was collected on filter paper and allowed to dry overnight at room temperature. Then one tenth of a gram of the treated ACP was mixed with 100 ml of a solution of 100 ppm phenol in water (phenol concentration 96.9 ppm) in a 250 ml Erlenmeyer flask and shaken on the orbital shaker at 100 rpm for 5 hours. The results of the phenol determination in the supernatant are shown in Table 4.
Wie aus den Alpha-Werten ersichtlich ist, wobei ein kleiner Wert die Desaktivierung des AKP anzeigt, hatten die nichtaromatischen Lösungsmittel nur einen unwesentlichen negativen Einfluß auf die Fähigkeit des AKP zur Entfernung von Phenol aus der Lösung. TABELLE 4 As can be seen from the alpha values, where a small value indicates deactivation of the AKP, the non-aromatic solvents had only an insignificant negative influence on the ability of the AKP to remove phenol from the solution. TABLE 4
Die folgenden Versuche und Tabellen wurden mit den hier beschriebenen Materialien und dem hier beschriebenen Verfahren erhalten. Die erhaltenen Alpha-Werte geben Verbesserungen beim Auftrag des Bindemittels auf ein Substrat oder den Nutzen eines speziellen Bindemittels oder Lösungsmittels, wie jeweils angegeben, wieder.The following tests and tables were obtained using the materials and procedure described here. The alpha values obtained reflect improvements in the application of the binder to a substrate or the benefit of a specific binder or solvent, as indicated.
Bei den bei den Versuchen verwendeten Polyurethan-Schaumstoffen handelte es sich um Polyurethan- Schaumstoff des Typs ScottBlue von der Firma Foamex und einen Schaumstoff der Serie 13000 von der Firma General Foam.The polyurethane foams used in the tests were ScottBlue polyurethane foam from Foamex and a 13000 series foam from General Foam.
Aktivkohle wurde von der Firma Calgon bezogen.Activated carbon was purchased from Calgon.
Airflex 465, eine wäßrige Emulsion eines Copolymers aus Ethylen und Vinylactat mit einer Glasübergangstemperatur Tg von -3ºC mit mindestens etwa 66% Feststoff, wurde von der Firma Air Products and Chemicals Inc. bezogen.Airflex 465, an aqueous emulsion of a copolymer of ethylene and vinyl acetate having a glass transition temperature Tg of -3ºC with at least about 66% solids, was purchased from Air Products and Chemicals, Inc.
Synthemul 40404-00, eine mit Polyvinylalkohol (PVA) stabilisierte Latexemulsion eines carboxylierten Acrylpolymers mit einer Tg von -50 bis -42ºC mit 55 bis 57% Feststoff, wurde von der Firma Reichold Chemicals bezogen.Synthemul 40404-00, a polyvinyl alcohol (PVA) stabilized latex emulsion of a carboxylated acrylic polymer with a Tg of -50 to -42ºC containing 55 to 57% solids, was purchased from Reichold Chemicals.
Elvace 40722-00, eine mit Hydroxyethylcellulose stabilisierte wäßrige Latexemulsion eines Copolymers aus Ethylen und Vinylacetat mit einer Tg von -10 bis 14ºC mit 55 bis 57% Feststoff, wurde von der Firma Reichold Chemicals bezogen.Elvace 40722-00, a hydroxyethyl cellulose-stabilized aqueous latex emulsion of a copolymer of ethylene and vinyl acetate with a Tg of -10 to 14ºC containing 55 to 57% solids, was purchased from Reichold Chemicals.
Tylac 68219-00, eine mit PVA stabilisierte wäßrige Latexemulsion eines Copolymers aus Styrol und Butadien mit einer Tg von -25 bis -11ºC mit 51 bis 53% Feststoff, wurde von der Firma Reichold Chemicals bezogen.Tylac 68219-00, a PVA stabilized aqueous latex emulsion of a copolymer of styrene and butadiene with a Tg of -25 to -11ºC containing 51 to 53% solids, was purchased from Reichold Chemicals.
Polysat EVSA, ein mit Styrol und Vinyltoluol modifiziertes Acrylpolymer in einem xylolhaltigen organischen Lösungsmittel mit 50% Feststoff, wurde von der Firma Polysat Inc. erhalten, wobei die Tg von Polysat nicht spezifiziert wurde. Polysat SAE, eine Suspension einer wäßrigen Emulsion eines Copolymers aus Styrol und Acrylat in Lösungsmittel AR-100 mit 45% Feststoff, wurde ebenfalls von Polysat erhalten, wobei die Tg nicht spezifiziert wurde.Polysat EVSA, a styrene and vinyl toluene modified acrylic polymer in a xylene containing organic solvent at 50% solids, was obtained from Polysat Inc., the Tg of which was not specified by Polysat. Polysat SAE, a suspension of an aqueous emulsion of a copolymer of styrene and acrylate in AR-100 solvent at 45% solids, was also obtained from Polysat, the Tg of which was not specified.
Polymethylmethacrylat (PMMA - Katalognummer 18221-4), Polystyrol (MG = 45.000) und Polystyrol (MG = 280.000) wurden sämtlich von der Firma Aldrich Chemical bezogen.Polymethyl methacrylate (PMMA - catalogue number 18221-4), polystyrene (MW = 45,000) and polystyrene (MW = 280,000) were all purchased from Aldrich Chemical.
In den Beispielen 5-10 erfolgte die Herstellung der Träger nach dem Zweischrittverfahren zum Auftrag des Absorptionsmittels und des Bindemittels auf den Träger. Das Ziel besteht in der Einschätzung des Alpha-Werts von Trägern mit unterschiedlichen Bindemitteln. Ebenfalls angegeben ist der Alpha-Wert für den nur mit Bindemittel und nicht mit Absorptionsmittel (AKP) versehenen Träger. Bei jedem Versuch wurde als Schaumstoff PUS (Polyurethan- Schaumstoff) SBF von der Firma Foamex verwendet.In examples 5-10, the carriers were manufactured using the two-step process of applying the absorbent and the binder to the carrier. The aim is to estimate the alpha value of carriers with different binders. The alpha value for the carrier with only binder and no absorbent (AKP) is also given. In each test, PUS (polyurethane foam) SBF from Foamex was used as the foam.
Bei unserem "Zweischritt"-Ansatz, bei dem man die Flüssigkeit zunächst auf das Substrat (PUS) aufbringt und dann das AKP bindet, geht man wie folgt vor:Our "two-step" approach, in which the liquid is first applied to the substrate (PUS) and then the AKP is bound, proceeds as follows:
1. Wiegen eines 25x25x25 mm (1 Zoll x 1 Zoll x 1 Zoll) großen PUS-Stücks.1. Weigh a 25x25x25 mm (1 inch x 1 inch x 1 inch) PU piece.
2. 1-2 Minuten lang in der Flüssigkeit, bei der es sich um eine Dispersion aus Klebstoff und Wasser im Verhältnis 50:50 handelt, tränken.2. Soak in the liquid, which is a dispersion of adhesive and water in a 50:50 ratio, for 1-2 minutes.
3. Überschüssige Flüssigkeit zunächst durch Zusammendrücken und anschließend durch 30 Sekunden langes Spülen mit Stickstoffdruckgas entfernen.3. Remove excess fluid first by squeezing and then by flushing with pressurized nitrogen gas for 30 seconds.
4. Die aufgebrachte Klebstoffdispersion über den angegebenen Zeitraum aushärten lassen.4. Allow the applied adhesive dispersion to harden for the specified period of time.
5. In ein Gefäß mit einem Überschuß an AKP (etwa 5 g) einbringen und 15 Miuten lang kräftig schütteln.5. Add to a container with excess AKP (about 5 g) and shake vigorously for 15 minutes.
6. Überschüssiges AKP abschütteln.6. Shake off excess AKP.
7. 2-3 Tage lang an der Luft aushärten.7. Allow to air cure for 2-3 days.
8. Gegebenenfalls den ausgehärteten PUS 1 Stunde lang im Ofen auf 100ºC erwärmen, wie jeweils angegeben.8. If necessary, heat the cured PUS in the oven at 100ºC for 1 hour, as indicated.
Zur Beschreibung der verschiedenen Träger wurde in den Tabellen eine Kurzschreibweise benutzt. Die Abfolge der Abkürzungen gibt die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten des Trägers und den jeweils verwendeten Träger an. Beispielsweise bedeutet PUS/AF/MINUTEN/AKP/ WÄRME, daß PUS mit dem Klebstoff Airflex (AF) beschichtet, eine bestimmte Zahl von Minuten lang trocknen gelassen (Klebezeit), durch Schütteln des mit AF beschichteten PUS mit AKP mit AKP beschichtet und anschließend gegebenenfalls 1 Stunde lang auf 100ºC erwärmt wurdeTo describe the different carriers, an abbreviated notation has been used in the tables. The sequence of abbreviations indicates the order in which the components of the carrier are added and the carrier used. For example, PUS/AF/MINUTES/AKP/ HEAT that PUS was coated with Airflex (AF) adhesive, allowed to dry for a certain number of minutes (bonding time), coated with AKP by shaking the AF-coated PUS with AKP and then heated to 100ºC for 1 hour if necessary
In diesem Beispiel wurde die Zweischritt-Verfahrensweise zur Herstellung von Trägern verwendet, wobei verschiedenste handelsübliche Klebstoffe eigesetzt wurden, die oben im Abschnitt über die Materialien aufgeführt sind. Bei vielen der Klebstoffe handelt es sich um wäßrige Latexemulsionen, wodurch sich das Problem einer möglichen Desaktivierung von AKP durch organische Lösungsmittel erübrigt. Tabelle 5 In this example, the two-step procedure was used to prepare supports using a variety of commercially available adhesives listed in the Materials section above. Many of the adhesives are aqueous latex emulsions, thus eliminating the problem of possible deactivation of AKP by organic solvents. Table 5
Anmerkung: Es wurden folgende Klebstoffe verwendet:Note: The following adhesives were used:
AF - Airflex 465,AF - Airflex 465,
PS = Polysat EVSA undPS = Polysat EVSA and
SY = Synthemul 40404-00.SY = Synthemul 40404-00.
Die oben angegebenen Ergebnisse belegen, daß mit AKP beschichtete Substrate stark verbesserte Alpha-Werte ergeben. Des weiteren scheint sich durch die Wärmebehandlung des beschichteten Substrats dessen Leistungsfähigkeit zu verschlechtern. Der Klebstoff Polysat enthält wohl aromatische Lösungsmittel, die die Leistungsfähigkeit des damit beschichteten Substrats verschlechtern.The results given above show that substrates coated with AKP show greatly improved alpha values. Furthermore, heat treatment of the coated substrate appears to impair its performance. The Polysat adhesive probably contains aromatic solvents that impair the performance of the substrate coated with it.
In diesem Beispiel wurde der Effekt des Erwärmens, Waschens und des Waschens und Erwärmens eines hergestellten Trägers untersucht. Dabei wurde als Bindemittel 50% Synthemul (SY) verwendet und das beschichtete Substrat 1 Stunde lang auf 115ºC erwärmt, falls angegeben. Das beschichtete Substrat wurde, falls angegeben, zweimal 1 Stunde lang mit deionisiertem Wasser gewaschen. Die Anfangskonzentration des Phenols betrug 98,8 ppm. Die Ergebnisse sind der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen. Tabelle 6 In this example, the effect of heating, washing and washing and heating a prepared support was studied using 50% Synthemul (SY) as the binder and heating the coated substrate at 115ºC for 1 hour, where indicated. The coated substrate was washed twice with deionized water for 1 hour, where indicated. The initial concentration of phenol was 98.8 ppm. The results are shown in the table below. Table 6
Die obenstehenden Werte zeigen die beträchtlichen negativen Effekte des Erwärmens und den unbedeutenden Effekt des Waschens der Trägersysteme. Dazu ist zu bemerken, daß das Waschen durch kräftiges Bewegen des Trägers in deionisiertem Wasser erfolgt. Das Erwärmen des Trägers hat einen beträchtlichen negativen Effekt auf den Alpha-Wert des Trägers.The above values show the significant negative effects of heating and the insignificant effect of washing the carrier systems. It should be noted that washing is done by vigorously agitating the carrier in deionized water. Heating the carrier has a significant negative effect on the alpha value of the carrier.
In diesem Beispiel wurde der Effekt der Verwendung einer Aufschlämmungsmethode zum Aufbringen eines Bindemittels untersucht.In this example, the effect of using a slurry method to apply a binder was investigated.
1. Ein 25x25x25 mm (1 Zoll x 1 Zoll x 1 Zoll) großes PUS-Stück sorgfältig wiegen.1. Carefully weigh a 25x25x25 mm (1 inch x 1 inch x 1 inch) piece of PU.
2. Durch Verdünnen des Klebstoffs in dem angegebenen Lösungsmittel (in der Regel 50 Vol.-% Klebstoff und 50 Vol.-% Lösungsmittel (Wasser)), schnelles Rühren mit einem Magnetrührstab und einer Magnetrührplatte und Zugabe der angegebenen Menge AKP, bis das AKP vollständig mit dem verdünnten Lösungsmittel benetzt ist, eine Aufschlämmung herstellen. Die Suspension ist nicht immer glatt und homogen, d.h., es tritt Aggregation auf. Man rührt in der Regel 5 bis 10 Minuten. Wo vermerkt, wird zur Verminderung der Aggregation ein Tensid zugesetzt.2. Prepare a slurry by diluting the adhesive in the specified solvent (typically 50% adhesive and 50% solvent (water) by volume), stirring rapidly with a magnetic stir bar and magnetic stir plate, and adding the specified amount of ACP until the ACP is completely wetted with the diluted solvent. The suspension is not always smooth and homogeneous, i.e. aggregation will occur. Stirring is typically for 5 to 10 minutes. Where noted, a surfactant is added to reduce aggregation.
3. Die AKP-Klebstoff-Aufschlämmung 1-2 Minuten lang unter Zusammendrücken zum Vertreiben jeglicher eingeschlossener Luft tränken.3. Saturate the AKP adhesive slurry for 1-2 minutes while squeezing to expel any trapped air.
4. Den Würfel aus der Aufschlämmung nehmen und dann überschüssige Flüssigkeit zunächst durch Zusammendrücken und durch Drücken gegen die Behälterwand entfernen. Die Aufschlämmung war häufig klumpig. Etwaige große Klumpen wurden vor dem Trocknen von den Seiten des Würfels abgekratzt.4. Remove the cube from the slurry and then remove excess liquid first by squeezing and then pressing against the container wall. The slurry was often lumpy. Any large lumps were scraped off the sides of the cube before drying.
5. An der Luft trocknen oder 2 Stunden lang in einem Ofen auf 100ºC erwärmen (wie in den jeweiligen Versuchen beschrieben). Bei kurzer Trocknungszeit (< 1 Tag) erschient der Überstand der Phenolbindungsbestimmung oft milchig, was unvollständige Trocknung anzeigte. Nach Trocknung über zwei oder mehr Tage bei Raumtemperatur wurde keine Milchigkeit beobachtet. Tabelle 7 5. Air dry or heat in an oven at 100ºC for 2 hours (as per the respective Experiments described). With short drying times (< 1 day), the supernatant from the phenol binding assay often appeared milky, indicating incomplete drying. After drying for two or more days at room temperature, no milkiness was observed. Table 7
Die Desaktivierung der Probe mit Polysat (EVSA) ist auf die aromatischen Lösungsmittel in dem handelsüblichen Klebstoff zurückzuführen.The deactivation of the sample with Polysat (EVSA) is due to the aromatic solvents in the commercially available adhesive.
Hier wird unter Verwendung eines Aufschlämmungsverfahrens ein Vergleich zwischen den Alpha-Werten für 4 handelsübliche Klebstoffe angestellt. Tabelle 8 Here, a comparison is made between the alpha values for 4 commercially available adhesives using a slurry method. Table 8
Bei den obigen Proben wurden 13,3 % (Gew./Vol.) AKP, 40% handelsüblicher Klebstoff in Wasser verwendet, und das Phenolvolumen betrug jeweils 100 ml.For the above samples, 13.3% (w/v) AKP, 40% commercial adhesive in water were used, and the phenol volume was 100 mL in each case.
Unter Verwendung des Aufschlämmungsverfahrens wurde der Effekt der Variation der AKP-Menge und der Variation der Konzentration des Bindemittels in der Aufschlämmung untersucht. Tabelle 9 Using the slurry method The effect of varying the amount of AKP and varying the concentration of the binder in the slurry was investigated. Table 9
Die obigen Ergebnisse zeigen, daß die Aktivität des Absorptionsmittelträgers durch Einstellung der Bindemittelkonzentration optimiert werden kann. Wie oben gezeigt, ruft eine Verringerung der Bindemittelkonzentration von 50 auf 40% eine Veränderung des Alpha-Werts von 5024 auf 10.650 hervor.The above results show that the activity of the absorbent carrier can be optimized by adjusting the binder concentration. As shown above, a reduction in the binder concentration from 50 to 40% causes a change in the alpha value from 5024 to 10,650.
In diesem Versuch wurden 12,0 g Polystyrol (Polystyrolschaumstoff-Becher) in 48 g Essigsäureethylester aufgelöst. Der viskosen Lösung wurden 8 g AKP zugegeben, was eine Aufschlämmung ergab. Es trat keine Verklumpung auf. Dazu wurde ein Würfel mit einer Seitenlänge von 25 mm (1 Zoll) der Serie 12000 der Firma General Foam gegeben, der zum Vertreiben überschüssiger Luft etwa 5mal zusammengedrückt wurde. Überschüssige Flüssigkeit wurde durch Zusammendrücken und Drücken des Würfels gegen die Becherglaswand entfernt. Es wurde keine Walze verwendet. Im Vergleichsversuch wurde der Polystyrollösung kein AKP zugesetzt. Die Würfel wurden dann auf Phenolbindung untersucht.In this experiment, 12.0 g of polystyrene (polystyrene foam cups) were dissolved in 48 g of ethyl acetate dissolved. 8 g of AKP was added to the viscous solution, forming a slurry. No clumping occurred. To this was added a 25 mm (1 inch) cube of General Foam 12000 series, which was squeezed approximately 5 times to expel excess air. Excess liquid was removed by squeezing and pressing the cube against the beaker wall. No roller was used. In the comparative experiment, no AKP was added to the polystyrene solution. The cubes were then examined for phenol binding.
Obwohl der Verbundstoff der Lösung etwas Phenol entzog (75% des Phenols wurde der Lösung entzogen, was einen Alpha-Wert von 95 ergibt, im Vergleich zu einem Alpha-Wert von 38 für den Vergleich, siehe Tabelle XIV), arbeitet er bei der Phenolentfernung offensichtlich nicht so gut wie die verschiedenen carboxylierten Polymere. Tabelle 10 Although the composite removed some phenol from the solution (75% of the phenol was removed from the solution, giving an alpha value of 95, compared to an alpha value of 38 for comparison, see Table XIV), it does not appear to perform as well as the various carboxylated polymers in phenol removal. Table 10
Nach der in dem obenstehenden Beisiel beschriebenen Verfahrensweise wurden zwei weitere Polystyrole (MG = 45 und MG = 280.000) als Bindemittel geprüft. Der Phenolanfangswert betrug bei jeder Bestimmung ungefähr 100 ppm in 100 ml Wasser. Die Ergebnisse sind nachstehend aufgeführt: Following the procedure described in the example above, two other polystyrenes (MW = 45 and MW = 280,000) were tested as binders. The initial phenol level for each determination was approximately 100 ppm in 100 ml of water. The results are shown below:
Nach der in den obenstehenden Versuchen mit Polystyrol beschriebenen Verfahrensweise wurde Polymethylmethacrylat als Bindemittel geprüft, wobei jedoch PMMA (12 g) in 48 g THF als Lösungsmittel gelöst wird. Es wurde auch eine separate Vergleichslösung hergestellt. Polymethyl methacrylate was tested as a binder following the procedure described in the polystyrene experiments above, but with PMMA (12 g) dissolved in 48 g THF as solvent. A separate control solution was also prepared.
In der nachfolgenden Tabelle ist eine Zusammenstellung von Tg-Werten für Träger, die unter Verwendung der angegebenen Bindemittel hergestellt wurden, aufgeführt. In allen Fällen wurde der Träger nach dem Aufschlämmungsverfahren unter recht ähnlichen Bedingungen hergestellt. Die Tabelle gibt den Prozentsatz AKP (in Gramm) und den Prozentsatz Bindemittel (Gramm Feststoff), bezogen auf eine Gew./Vol.-Basis wieder, wobei es sich bei dem restlichen Gewichtsprozentanteil um Gramm (ml) Wasser handelt. Obwohl die Versuche nicht unter genau gleichen Bedingungen durchgeführt wurden, sollten die Ergebnisse verhältnismäßig gut vergleichbar sein. Tabelle 11 The table below provides a compilation of Tg values for supports prepared using the indicated binders. In all cases, the support was prepared using the slurry process under fairly similar conditions. The table reports the percent ACP (in grams) and percent binder (grams of solids) on a w/v basis, with the remaining weight percent being grams (mL) of water. Although the tests were not conducted under exactly the same conditions, the results should be relatively comparable. Table 11
* - Tg nicht gemessen, sondern nur geschätzt.* - Tg not measured, only estimated.
&spplus; - 60-93ºC ist die Erweichungstemperatur.+ - 60-93ºC is the softening temperature.
Für die Vergleichsproben wurde jeweils kein AKP verwendet.No AKP was used for the comparison samples.
Da es sich bei Polystyrol um ein aromatisches hydrophobes Polymer mit einer verhältnismäßig hohen Tg handelt, für das ein Alpha-Wert von 95 gemessen wurde, wurde ein anderes aromatisches hydrophobes Copolymer, nämlich Polystyrolbutadien-Copolymer, als Bindemittel geprüft, um festzustellen, ob der Tg-Wert bei der Erzielung eines gewünschten Alpha-Werts eine wichtige Variable ist. Also wurden 12 g durch Umfällen gereinigtes Styrol- Butadien-Copolymer in 96 g THF gelöst. Einer Hälfte dieser Lösung wurden 8,0 g AKP zugesetzt, was eine klumpenfreie Suspension ergab. Die andere Hälfte der Lösung wurde zur Beschichtung eines Vergleichswürfels nur mit Styrol-Butadien-Copolymer verwendet. Die PUS-Würfel wurden wie in dem obenstehenden Beispiel beschrieben behandelt. Tabelle 12 Since polystyrene is an aromatic hydrophobic polymer with a relatively high Tg, for which an alpha value of 95 was measured, another aromatic hydrophobic copolymer, namely polystyrene-butadiene copolymer, was tested as a binder to determine whether the Tg value is an important variable in achieving a desired alpha value. Thus, 12 g of reprecipitated styrene-butadiene copolymer was dissolved in 96 g of THF. 8.0 g of AKP was added to one half of this solution, resulting in a lump-free suspension. The other half of the solution was used to coat a control cube with styrene-butadiene copolymer only. The PUS cubes were treated as described in the example above. Table 12
Der erhaltene Verbundstoff band eine beträchtliche Phenolmenge (Alpha-Wert 3032 gegenüber 39 für den Vergleich). Aus den Ergebnissen läßt sich ableiten, daß nicht etwa die Hydrophobie, sondern der Tg-Wert eines Substrats für hohe Alpha-Werte verantwortlich ist.The resulting composite bound a significant amount of phenol (alpha value 3032 versus 39 for the control). From the results it can be concluded that it is not the hydrophobicity but the Tg value of a substrate that is responsible for high alpha values.
Ein Vergleich der Biomassenschaumstoffträger unter Verwendung verschiedener Träger ist in der nachstehenden Tabelle dargestellt. Die Prüfung der Träger erfolgte durch Packen von Glassäulen mit jeweils etwa 638 ml Flüssigkeitsvolumen, in das der Träger eintragen wird. Die Säule hat einen Durchmesser (ID) von 12,7 cm (5 Zoll) und eine Höhe von 30 cm, wovon am Boden und am Kopf der Säule 2,5-12,7 cm (1-5 Zoll) freigelassen sind. Die Säule ist so ausgelegt, daß der Zulauf aufwärts strömt. Etwa 2 cm oberhalb des Säulenbodens befindet sich ein seitlicher Eintrittsarm. Der Säule wird durch eine Glasfritte (sehr grob) am Säulenboden O&sub2; mit einer Geschwindigkeit von 6 Liter/h zugeführt. Eine Schicht aus Pallringen mit einem Durchmesser von 25 mm (1 Zoll) wird am Säulenboden über der Glasfritte und vor dem Säulenauslaß über dem Träger eingebracht. Jede Säule wurde mit etwa 200 ml einer Phenol abbauenden Kultur beimpft. Ein künstlich hergestellter Abfallstrom mit 750 pm Phenol plus Mineralsalzen, wie unten angegeben, wurde mit einer hydraulischen Verweilzeit (HVZ) von etwa 24 Stunden zugeführt. Nach 25,81 Tagen wurde den Reaktoren dann etwa 24 Stunden lang mit der gleichen HVZ ein Abfallstrom mit 1500 ppm zugeführt. Die Reaktion wurde über einen Gesamtzeitraum von mindestens 32 Tagen fortgesetzt. Einsatzstoff mit 750 ppm Phenol: A comparison of the biomass foam supports using different supports is shown in the table below. The supports were tested by packing glass columns each containing approximately 638 ml of liquid volume into which the support will be introduced. The column has a diameter (ID) of 12.7 cm (5 inches) and a height of 30 cm, with 2.5-12.7 cm (1-5 inches) left free at the bottom and top of the column. The column is designed so that the feed flows upwards. There is a side entry arm approximately 2 cm above the bottom of the column. The column is connected to a O₂ is fed to the column bottom at a rate of 6 liters/hour through glass frit (very coarse). A layer of 25 mm (1 inch) diameter Pall rings is placed at the column bottom above the glass frit and above the support in front of the column outlet. Each column was inoculated with approximately 200 ml of a phenol degrading culture. A synthetic waste stream containing 750 ppm phenol plus mineral salts as indicated below was fed at a hydraulic retention time (HRT) of approximately 24 hours. After 25.81 days, a 1500 ppm waste stream was then fed to the reactors for approximately 24 hours at the same HRT. The reaction was continued for a total period of at least 32 days. Feed containing 750 ppm phenol:
Die in der Säule jeweils verwendeten Träger werden nachstehend beschrieben.The supports used in the column are described below.
Reaktor 1 - Bei dem Träger handelt es sich um würfelförmige Stücke aus der Serie 13000 der Firma General Foam mit einer Größe von 12,5 bis 15,9 mm (1/2 Zoll bis 5/8 Zoll)Reactor 1 - The carrier consists of cube-shaped pieces from the 13000 series from General Foam with a size of 12.5 to 15.9 mm (1/2 inch to 5/8 inch)
Reaktor 2 - Bei dem Träger handelt es sich um den Schaumstoff gemäß Reaktor 1, auf den nach dem Zweischritt- Verfahren Aktivkohle und der Klebstoff Synthemul aufgetragen sind. Eine 76x38x13 mm (3 Zoll x 1,5 Zoll x 0,5 Zoll) große Schaumstoffplatte wird in ein Bad aus dem Klebstoff Synthemul (50:50 mit Wasser verdünnt) eingetaucht. Überschüssige Flüssigkeit wird durch Durchführen des Schaumstoffs durch die Walzen einer auf 1,02 ml eingestellten Pasta-Presse entfernt. Jede Platte wird in ein Gefäß mit 11,25 g AKP eingebracht. Das Gefäß wird geschüttelt (1 Stunde lang 3-5mal pro Sekunde). Die Platte wird 3 Tage lang aushärten gelassen (Lufttrocknung) und dann in Würfel mit einer Seitenlänge von ungefähr 12,5 mm (1/2 Zoll) geschnitten (18 Würfel pro Platte). Die Würfel werden durch kräftiges Schütteln in Wasser gewaschen, wodurch etwaiges lose gebundenes AKP entfernt wird. Es wird noch 2-3mal gewaschen und dann luftgetrocknet. Reactor 2 - The carrier is the foam from Reactor 1, coated with activated carbon and Synthemul adhesive using the two-step process. A 76x38x13 mm (3 in. x 1.5 in. x 0.5 in.) foam sheet is immersed in a bath of Synthemul adhesive (diluted 50:50 with water). Excess liquid is removed by passing of the foam is removed through the rollers of a pasta press set at 1.02 ml. Each slab is placed in a jar containing 11.25 g of AKP. The jar is shaken (3-5 times per second for 1 hour). The slab is allowed to cure (air dry) for 3 days and then cut into cubes approximately 12.5 mm (1/2 inch) on a side (18 cubes per slab). The cubes are washed in water by vigorous shaking, which removes any loosely bound AKP. It is washed 2-3 more times and then air dried.
Reaktor 3 - Die Herstellung einer Aufschlämmung erfolgte durch (1) Mischen von 100,21 ml Wasser, 7,1 ml Tween 80 und 22,7 g AKP, (2) 5 Minuten langes Rühren der Mischung zur Herstellung einer glatten Aufschlämmung, (3) schnelle Zugabe von 145 ml Synthermal (50:50 mit Wasser verdünnt), (4) 5 Minuten langes Rühren, (5) Eintauchen einer 76x38x13 mm (3 Zoll x 1,5 Zoll x 0,5 Zoll) großen Schaumstoffplatte in die Aufschlämmung, wobei der Überschuß wie beim Herstellungsverfahren für Reaktor 2 entfernt wird, und 3 Tage langem Lufttrocknen. Dann wurden Würfel mit einer Seitenlänge von etwa 12,5 mm (1/2 Zoll) zugeschnitten. Tabelle 13 Vergleichende Darstellung der Ergebnisse der relativen Schockbeständigkeit (in ppm gemäß GC/MSD) Tabelle 14 Vergleichende Darstellung der Beständigkeit gegenüber Störungen von AKP-beschichtetem und unbeschichtetem Schaumstoff der Serie 1300 der Firma General Foam beim Phenolabbau im ICB Reactor 3 - A slurry was prepared by (1) mixing 100.21 mL of water, 7.1 mL of Tween 80, and 22.7 g of AKP, (2) stirring the mixture for 5 minutes to produce a smooth slurry, (3) rapidly adding 145 mL of Synthermal (diluted 50:50 with water), (4) stirring for 5 minutes, (5) immersing a 76x38x13 mm (3 in. x 1.5 in. x 0.5 in.) foam board in the slurry, removing the excess as in the preparation procedure for Reactor 2, and air drying for 3 days. Cubes were then cut to approximately 12.5 mm (1/2 in.) on a side. Table 13 Comparative presentation of the results of relative shock resistance (in ppm according to GC/MSD) Table 14 Comparison of resistance to disruption of AKP-coated and uncoated General Foam 1300 Series foam during phenol degradation in the ICB
Der Spitzenwert von 1500 trat nach 25,81 Stunden auf und endete nach 26,74 Stunden, wobei die Phenolkonzentration bei 750 ppm gehalten wurde.The peak of 1500 occurred after 25.81 hours and ended after 26.74 hours, maintaining the phenol concentration at 750 ppm.
Weitere Untersuchungen wurden mit einem Reaktor mit einem Fassungsvermögen von 5,68 m³ (1500 Gallonen) durchgeführt. Etwa 3,78 m³ (1000 Gallonen) des Reaktors werden dabei von einem Festbett aus einem Träger, der nach dem obigen Aufschlämmungsverfahren für Reaktor 3 hergestellt wurde, eingenommen. Es wird ein Würfel mit einer Seitenlänge von 76 mm (3 Zoll) aus Schaumstoff der Serie 13000 der Firma General Foam verwendet. Bei der Übertragung in einen größeren Maßstab folgt man den gleichen Verhältnissen von Klebstoff, Wasser, AKP und Tween wie in Reaktor Nr. 3 (pro g unbehandeltem Schaumstoff). Der mit der Aufschlämmung beschichtete Schaumstoff wurde zur Entfernung der überschüssigen Aufschlämmung mittels eines herkömmlichen Putzeimeraufsatzes für einen Wischmop ausgepreßt und 2-4 Tage lang luftgehärtet.Further testing was done with a 1500 gallon (5.68 m³) reactor. Approximately 1000 gallons (3.78 m³) of the reactor is occupied by a fixed bed of a support prepared by the slurry process for reactor 3 above. A 3-inch (76 mm) cube of General Foam 13000 series foam is used. When scaled up, the same ratios of adhesive, water, AKP and Tween are used as in reactor #3 (per gram of untreated foam). The slurry-coated foam was squeezed using a standard mop bucket attachment to remove excess slurry and air cured for 2-4 days.
Behandelt wurde ein Chlorbenzol-Grundwasser- Abfallstrom. Die Station (A) der folgenden Tabelle bedeutet die Konzentration (ppb) der Schadstoffe im Grundwasser gleich nach der Entnahme aus dem Boden. Das Grundwasser wird dann in einen Vorratstank eingebracht und anschließend dem Reaktor zugeführt. Station 1 bedeutet den unmittelbar vor der Bioreaktor-Station zugeführten Zulauf. Station 2 bedeutet eine Öffnung in der unteren Hälfte der Reaktoren. Station 3 bedeutet eine Öffnung in der oberen Hälfte des Reaktors und Station 4 die mittels GC/MSD bestimmten Austragskonzentrationen. Die Ergebnisse sind nachstehend zusammengefaßt. Tabelle 15 A chlorobenzene groundwater waste stream was treated. Station (A) in the table below represents the concentration (ppb) of the contaminants in the groundwater immediately after extraction from the soil. The groundwater is then transferred to a storage tank and then fed to the reactor. Station 1 represents the influent immediately before the bioreactor station. Station 2 represents an opening in the lower half of the reactors. Station 3 represents an opening in the upper half of the reactor and Station 4 represents the effluent concentrations determined by GC/MSD. The results are summarized below. Table 15
Dieser Versuch diente dazu, das Problem der Verklumpung des AKP aufzuzeigen, wenn das AKP nicht oder nur mit einer unzureichenden Tensidmenge vorbehandelt, in einem Latexklebstoff suspendiert, auf eine PUS-Oberfläche aufgebracht und durch Lufttrocknung ausgehärtet wird. Bei dem verwendeten Klebstoff, nämlich Synthemul 40404-00, handelt es sich um ein mit anionischem Tensid stabilisiertes carboxyliertes Acrylcopolymer. Es ist von der Firma Reichold Chemicals, Inc., erhältlich. Bei Dowfax 2A1 handelt es sich um ein anionisches Tensid, das sich aus Dodecyl(sulfophenoxy)benzolsulfonsäure- und Oxybis(dodecylbenzolsulfonsäure)-Dinatriumsalz zusammensetzt. Die Dowfax-Materialien sind von der Firma Dow Chemical erhältlich. Das AKP vom Typ C wurde von der Firma Calgon Corp. bezogen.This test was designed to demonstrate the problem of clumping of the ACP when the ACP is not pretreated or is pretreated with an insufficient amount of surfactant, suspended in a latex adhesive, applied to a PUS surface, and cured by air drying. The adhesive used, Synthemul 40404-00, is an anionic surfactant-stabilized carboxylated acrylic copolymer and is available from Reichold Chemicals, Inc. Dowfax 2A1 is an anionic surfactant composed of dodecyl(sulfophenoxy)benzenesulfonic acid and oxybis(dodecylbenzenesulfonic acid) disodium salt. The Dowfax materials are available from Dow Chemical. The Type C ACP was purchased from Calgon Corp.
Ein durch Zugabe von 5,4 g AKP und anschließend 9,6 mL des Latexklebstoffs Synthemul zu 14,4 mL Wasser und 1 mL Dowfax 2A1 unter kräftigem Rühren hergestellte Aufschlämmung war ziemlich klumpig. Die Klumpen konnten nicht in Suspension gebracht werden. Der Versuch, einen 25x25x25 mm (1 Zoll x 1 Zoll x 1 Zoll) großen Würfel aus Schaumstoff der Serie 13000 der Firma General foam zu beschichten, ergab eine nur schlechte Durchdringung der PUS-Zellen. Auf der Oberfläche schwammen große Brocken (1-3 mm, einige sogar noch größer) von zusammengeklumptem AKP. Die Erhöhung der Wassermenge auf 19,2 mL und die Senkung der Klebstoffmenge auf 4,8 mL führten nicht zu einer Verbesserung der Aufschlämmung. Dazu sei auf die Versuche 2 und 3 in Tabelle 1 verwiesen. Das Weglassen des Tensids führte zu gleich starkem oder noch stärkerem Verklumpen.A slurry prepared by adding 5.4 g of AKP followed by 9.6 mL of Synthemul latex adhesive to 14.4 mL of water and 1 mL of Dowfax 2A1 with vigorous stirring was quite lumpy. The lumps could not be brought into suspension. An attempt to coat a 25x25x25 mm (1 in. x 1 in. x 1 in.) cube of General Foam 13000 series foam resulted in poor penetration of the PUS cells. Large chunks (1-3 mm, some even larger) of clumped ACP were floating on the surface. Increasing the amount of water to 19.2 mL and decreasing the amount of adhesive to 4.8 mL did not improve the slurry. Refer to Experiments 2 and 3 in Table 1. Omitting the surfactant resulted in the same or even greater clumping.
Dieser Versuch diente dazu, zu zeigen, daß eine angemessene Konzentration des Tensids (Dowfax 2A1) das Verklumpen des AKP verhindern kann. Die Tensidkonzentration wurde exerimentell als die Konzentration bestimmt, die nahe bei der kleinsten zur Verhinderung der Verklumpung des AKP nach Zusatz des Klebstoffs zum mit dem Tensid behandelten AKP erforderlichen Konzentration lag. Als Kriterien dienten dabei die visuelle Untersuchung der Suspension (mit bloßem Auge waren keine diskreten Teilchen zu erkennen; die Suspension war dunkelgrau) sowie des fertigen, mit Klebstoff gebundenen AKP-PUS-Verbundstoffs (einige Klumpen mit einer Größe unter 0,2 mm; im Idealfall keine Klumpen mit bloßem Auge erkennbar). Wie der Tabelle 16 zu entnehmen ist, ergeben Verhältnisse von AKP in g und Tensid in mL von 2,7 und 3,2 (Versuche 4, 5 und 1) unverklumpte Suspensionen und gute, glatte Überzüge auf dem PUS. Ein Verhältnis von 5,4 (Versuche 2 und 3) ergibt dagegen Verklumpung des AKP. Tabelle 16 The purpose of this experiment was to demonstrate that an appropriate concentration of surfactant (Dowfax 2A1) can prevent clumping of the ACP. The surfactant concentration was determined experimentally as the concentration closest to the minimum concentration required to prevent clumping of the ACP after the adhesive was added to the surfactant-treated ACP. The criteria used were visual inspection of the suspension (no discrete particles were visible to the naked eye; the suspension was dark gray) and the final adhesive-bonded ACP-PUS composite (some clumps less than 0.2 mm in size; ideally no clumps visible to the naked eye). As can be seen in Table 16, ratios of ACP in grams to surfactant in mL of 2.7 and 3.2 (Experiments 4, 5, and 1) gave non-clumping suspensions and good, smooth coatings on the PUS. A ratio of 5.4 (tests 2 and 3), on the other hand, results in clumping of the AKP. Table 16
Kleb. = KlebstoffGlue. = adhesive
Tens. = Tensid, Dowfax 2A1Tens. = surfactant, Dowfax 2A1
Dieser Versuch diente dazu, zu zeigen, daß die Fähigkeit des AKP, der Lösung Phenol zu entziehen, beeinträchtigt wird, wenn das AKP vor dem Suspendieren in einem Latexklebstoff mit dem Tensid Tween 80 vorbehandelt, auf eine PUS-Oberfläche aufgebracht und durch Lufttrocknung ausgehärtet wird. Diese Versuchsreihe zeigt, daß Tween 80, ein nichtionisches Tensid, zwar das Suspendieren des AKP im Klebstoff Synthemul ohne Verklumpung gestattet, aber das Phenolbindevermögen beeinträchtigt. In diesen Versuchen wurden 76x38x25 mm (3 Zoll x 1,5 Zoll x 1 Zoll) große Platten aus Polyurethanschaum (PUS) der Serie 13000 der Firma GENERAL FOAM mit verschiedenen AKP-Suspensionen behandelt, die überschüssige Aufschlämmung mit Walzen ausgequetscht und der Verbundstoff bei Raumtemperatur zwei Tage lang an der Luft ausgehärtetThis experiment was designed to demonstrate that the ability of the ACP to remove phenol from solution is impaired when the ACP is pretreated with Tween 80 surfactant prior to suspension in a latex adhesive, applied to a PUS surface and air-cured. This series of experiments demonstrates that Tween 80, a non-ionic surfactant, allows the ACP to be suspended in Synthemul adhesive without clumping, but impairs the phenol-binding ability. In these experiments, 76x38x25 mm (3 in. x 1.5 in. x 1 in.) panels of GENERAL FOAM 13000 Series polyurethane foam (PUS) were treated with various ACP suspensions, the excess slurry was squeezed out with rollers, and the composite was air-cured at room temperature for two days.
In Tabelle 17 sind - von links nach rechts - die Probennummer, eine kurze Zusammenfassung der Herstellungsweise der unterschiedlichen Proben (die Reihenfolge der Zugabe der Reagenzien ist dabei von links nach rechts notiert), die Untersuchungen des Zustands der Aufschlämmung und des fertigen Verbundstoffs (der beobachtete Verklumpungsgrad der AKP-Suspension und der beobachtete Verklumpungsgrad des AKP auf der Schaumstoffoberfläche des fertigen, ausgehärteten Verbundstoffs), die Phenolendkonzentration nach der Bindungsbestimmung (dabei betrug die Phenolanfangskonzentration der Proben 94,1 ppm), das Gewicht des bei dieser Bestimmung verwendeten Verbundstoffs und der aus diesen Zahlen berechnete Alpha- Wert angegeben.Table 17 shows, from left to right, the sample number, a brief summary of the method of preparation of the different samples (the order of addition of the reagents is noted from left to right), the examinations of the condition of the slurry and the final composite (the observed degree of clumping of the ACP suspension and the observed degree of clumping of the ACP on the foam surface of the final, cured composite), the final phenol concentration after the binding determination (the initial phenol concentration of the samples was 94.1 ppm), the weight of the composite used in this determination, and the alpha value calculated from these figures.
Die Herstellung von Suspensionen zur Behandlung der einzelnen PUS-Platten und die Untersuchungen der Suspensionen und der fertigen Verbundstoffe geschahen wie folgt:The production of suspensions for the treatment of the individual PUS panels and the investigations of the suspensions and the finished composites were carried out as follows:
1. Bei der Herstellung dieser Suspension wurde kein Tensid zugegeben. Zu 30 mL schnell gerührtem Wasser wurden innerhalb von einer Minute 30 mL Synthemul und anschließend 11,6 g AKP gegeben. Das AKP verklumpte stark. Daraus läßt sich die Schlußfolgerung ziehen, daß der Aggregationsgrad des AKP unannehmbar ist.1. When preparing this suspension, no surfactant was added. 30 mL of Synthemul and then 11.6 g of AKP were added to 30 mL of rapidly stirred water within one minute. The AKP clumped strongly. It can be concluded that the degree of aggregation of the AKP is unacceptable.
2. Bei der Herstellung dieser Suspension wurde kein Tensid zugegeben. Zu 30 mL schnell gerührtem Wasser wurden 11,6 g AKP und anschließend 30 mL Synthemul gegeben.2. When preparing this suspension, no surfactant was added. To 30 mL of rapidly stirred water 11.6 g of AKP was added, followed by 30 mL of Synthemul.
Die Zugabereihenfolge ist gegenüber Probe 1 umgekehrt. Die Suspension verklumpte nur wenig, aber bei der Behandlung des PUS trat auf der PUS-Oberfläche starke Verklumpung auf. Daraus läßt sich die Schlußfolgerung ziehen, daß der Aggregationsgrad unannehmbar ist.The order of addition is reversed compared to sample 1. The suspension clumped only slightly, but when the PUS was treated, severe clumping occurred on the PUS surface. From this, it can be concluded that the degree of aggregation is unacceptable.
3. Bei der Herstellung dieser und aller folgenden Suspensionen wurde Tensid eingesetzt. Zu 36 mL schnell gerührtem Wasser wurden 4,2 g AKP und anschließend 0,9 mL Tween 80 gegeben. Nach 5 Minuten langem Rühren zur Auflösung des Tweens und zur Benetzung des AKP wurden 24 mL Synthemul zugegeben. Die Suspension war unverklumpt. Auch auf dem Schaumstoff erfolgte keine Verklumpung. Daraus läßt sich die Schlußfolgerung ziehen, daß der Aggregationsgrad annehmbar ist, wobei jedoch auf den niedrigen Alpha-Wert hinzuweisen ist.3. Surfactant was used in the preparation of this and all subsequent suspensions. 4.2 g AKP was added to 36 mL of rapidly stirred water, followed by 0.9 mL Tween 80. After stirring for 5 minutes to dissolve the Tween and wet the AKP, 24 mL Synthemul was added. The suspension was non-clumping. There was also no clumping on the foam. It can be concluded that the degree of aggregation is acceptable, although the low alpha value should be noted.
4. Hier wurde versucht, die AKP-Menge zu erhöhen. Zu 36 mL schnell gerührtem Wasser wurden 10 g AKP und anschließend 2,0 mL Tween 80 gegeben. Nach 5 Minuten langem Rühren zur Auflösung des Tweens und zur Benetzung des AKP wurden 24 mL Synthemul zugegeben. Das AKP verklumpte sowohl in der Suspension als auch auf dem Schaumstoff stark. Daraus läßt sich die Schlußfolgerung ziehen, daß der Aggregationsgrad unannehmbar ist. Der Alpha-Wert war etwas höher.4. An attempt was made to increase the amount of AKP. To 36 mL of rapidly stirred water, 10 g of AKP was added, followed by 2.0 mL of Tween 80. After stirring for 5 minutes to dissolve the Tween and wet the AKP, 24 mL of Synthemul was added. The AKP clumped heavily both in the suspension and on the foam. This led to the conclusion that the degree of aggregation was unacceptable. The alpha value was slightly higher.
5. Hier wurde die AKP-Menge auf 7 g verringert, einen Wert, der zwischen dem der Proben 3 und 4 liegt. Zwar trat keine Verklumpung auf, aber die Alpha-Werte waren recht niedrig.5. Here the amount of AKP was reduced to 7 g, a value between that of samples 3 and 4. Although no clumping occurred, the alpha values were quite low.
6, 7 und 8. Bei diesen Versuchen wurde analog 4 verfahren, das Synthemul jedoch schnell zugegeben. Bei diesen Versuchen sollte herausgefunden werden, wieviel AKP man zusetzen kann, bevor die Lösung verklumpt. Bei Nummer 6 ergaben 10 g AKP Verklumpung, bei Nummer 7 ergaben 9 g Verklumpung, die jedoch nicht so stark war, und bei Nummer 8 sahen 8 g sehr gut aus. Die Alpa-Werte sanken jedoch in der gleichen Reihenfolge.6, 7 and 8. In these experiments the procedure was analogous to 4, but the Synthemul was added quickly. The aim of these experiments was to find out how much AKP could be added before the solution clumped. In number 6, 10 g of AKP resulted in clumping, in number 7, 9 g resulted in clumping, but not as severe, and in number 8, 8 g looked very good. However, the alpha values dropped in the same order.
Insgesamt läßt sich aus dieser Versuchsreihe die Schlußfolgerung ziehen, daß ein nichtionisches Tensid eine Suspension des AKP in einem carboxylierten Polyacrylat als Klebstofflatex zwar sehr gut aufrechterhält, aber die Phenolbindeeigenschaften des AKP beeinträchtigt.Overall, the conclusion that can be drawn from this series of experiments is that a non-ionic surfactant maintains a suspension of the AKP in a carboxylated polyacrylate adhesive latex very well, but impairs the phenol binding properties of the AKP.
Die Bestandteile und die Zugabereihenfolge für jede Probe lauteten wie folgt:The ingredients and addition order for each sample were as follows:
1. 30 ml H&sub2;O + 30 ml Kleb. / 11,6 g AKP.1. 30 ml H₂O + 30 ml glue. / 11.6 g ACP.
2. 30 ml H&sub2;O + 11,6 g AKP / 30 ml Kleb.2. 30 ml H₂O + 11.6 g AKP / 30 ml adhesive.
3. 36 ml H&sub2;O + 4,2 g AKP + 0,9 ml Tween / 24 ml Kleb.3. 36 ml H₂O + 4.2 g AKP + 0.9 ml Tween / 24 ml Glue.
4. 36 ml H&sub2;O + 10 g AKP + 2 ml Tween / 24 ml Kleb. (L)4. 36 ml H₂O + 10 g AKP + 2 ml Tween / 24 ml Glue. (L)
5. 36 ml H&sub2;O + 7 g AKP + 2 ml Tween / 24 ml Kleb.5. 36 ml H₂O + 7 g AKP + 2 ml Tween / 24 ml Glue.
6. 36 ml H&sub2;O + 10 g AKP + 2 ml Tween / 24 ml Kleb. (S)6. 36 ml H₂O + 10 g AKP + 2 ml Tween / 24 ml Glue. (S)
7. 36 ml H&sub2;O + 9 g AKP + 2,5 ml Tween / 24 ml Kleb. (S)7. 36 ml H₂O + 9 g AKP + 2.5 ml Tween / 24 ml Glue. (S)
8. 36 ml H&sub2;O + 8 g AKP + 2,5 ml Tween / 24 ml Kleb. (S)8. 36 ml H₂O + 8 g AKP + 2.5 ml Tween / 24 ml Glue. (S)
Kleb. = Klebstoff, Synthemul; Phenolanfangskonzentration = 94,1 ppm; (L) = Langsame Synthemul-Zugabe; (S) = schnelle Zugabe. Tabelle 17 Adhesive = Adhesive, Synthemul; Initial phenol concentration = 94.1 ppm; (L) = Slow Synthemul addition; (S) = Fast addition. Table 17
Anmerkung: Auss. Susp. = Aussehen der Suspension.Note: Ex. Susp. = Appearance of the suspension.
Verk.-Grad = Verklumpungsgrad auf PUS.Degree of clumping = degree of clumping on PUS.
Dieser Versuch diente weiterhin dazu, zu zeigen, daß die Fähigkeit des AKP, der Lösung Phenol zu entziehen, beeinträchtigt wird, wenn das AKP vor dem Suspendieren in einem Latexklebstoff mit Tween 80 vorbehandelt, auf eine PUS-Oberfläche aufgebracht und durch Lufttrocknung ausgehärtet wird. Der Unterschied zu Beispiel 19 liegt dabei in der Reihenfolge der Zugabe von Tween und AKP. Tabelle 18 This experiment also served to demonstrate that the ability of AKP to extract phenol from the solution is impaired when the AKP is pretreated with Tween 80 before being suspended in a latex adhesive, applied to a PUS surface and cured by air drying. The difference from Example 19 lies in the order of addition of Tween and AKP. Table 18
Kleb. = KlebstoffAdhesive = Glue
Ten. = Tensid, Tween 80Ten. = surfactant, Tween 80
Phenolanfangskonzentration = 104,3 ppmInitial phenol concentration = 104.3 ppm
Die daraus gezogenen Schlußfolgerungen, die identisch mit denen des obenstehenden Beispiels 19 sind, lauten, daß ein nichtionisches Tensid eine Suspension des AKP in einem carboxylierten Polyacrylat als Klebstofflatex zwar sehr gut aufrechterhält, aber die Phenolbindeeigenschaften des AKP beeinträchtigt.The conclusions drawn from this, which are identical to those of Example 19 above, are that a non-ionic surfactant maintains a suspension of the AKP in a carboxylated polyacrylate adhesive latex very well, but impairs the phenol binding properties of the AKP.
Dieser Versuch diente dazu, zu zeigen, daß die Beeinträchtigung der Phenolbindung durch AKP bei Vorbehandlung des AKP mit einem nichtionischen Tensid von allgemeiner Natur ist. Diese Versuchsreihe erweitert die Schlußfolgerung, daß nichtionische Tenside die Phenolbindung beeinträchtigen. Dabei zeigte sich, daß Igepal CA-897, ein anderes nichtionisches Tensid, zwar AKP in Suspension hält, aber sein Phenolbindevermögen beeinträchtigt. Es gleicht in dieser Hinsicht Tween 80.This experiment was designed to demonstrate that the impairment of phenol binding by AKP when AKP is pretreated with a non-ionic surfactant is of a general nature. This series of experiments extends the conclusion that non-ionic surfactants impair phenol binding. It was found that Igepal CA-897, another non-ionic surfactant, keeps AKP in suspension but impairs its phenol binding capacity. It is similar to Tween 80 in this respect.
Die Versuche wurden in vier Gruppen durchgeführt. Im Versuch "a" einer jeden Gruppe wurde als Substrat Schaumstoff der Serie 13000 der Firma General Foam verwendet, im Versuch "b" hingegen Scott Blue Foamex. In allen diesen Versuchen wurde schnell gerührtem Wasser zunächst AKP und anschließend Tensid, dann der Klebstoff und schließlich das PUS-Substrat zugesetzt. Vor den in der Tabelle aufgeführten Versuchen wurde bestimmt, welche ungefähre Tensidmindestmenge bei der verwendeten AKP- Menge zur Aufrechterhaltung einer unverklumpten Suspension erforderlich ist. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, ergaben alle drei Formulierungen aus Wasser, AKP, Tensid und dem Klebstoff Synthemul (mit Schaumstoff der Firmen General Foam oder Foamex als Substrat) Verbundstoffe mit geringer Aktivität. Wie im vorhergehenden Versuch (Nr. 19) lautet die Gesamtschlußfolgerung aus dieser Versuchsreihe, daß ein nichtionisches Tensid eine Suspension des AKP in einem carboxylierten Polyacrylat als Klebstofflatex zwar sehr gut aufrechterhält, aber die Phenolbindeeigenschaften des AKP beeinträchtigt.The tests were conducted in four groups. Test "a" in each group used General Foam 13000 series foam as the substrate, while test "b" used Scott Blue Foamex. In all of these tests, ACP was added first to rapidly agitated water, followed by surfactant, then the adhesive, and finally the PUS substrate. Prior to the tests listed in the table, it was determined what was the approximate minimum amount of surfactant required for the amount of ACP used to maintain a non-clumping suspension. As can be seen from the table, all three formulations of water, ACP, surfactant, and Synthemul adhesive (with General Foam or Foamex foam as the substrate) produced low activity composites. As in the previous experiment (No. 19), the overall conclusion from this series of experiments is that a non-ionic surfactant maintains a suspension of the ACP in a carboxylated polyacrylate adhesive latex very well, but impairs the phenol binding properties of the ACP.
Die Bestandteile und die Zugabereihenfolge für jede Probe lauteten wie folgt:The ingredients and addition order for each sample were as follows:
1a. 60 ml H&sub2;O/13,3 g AKP/8,3 ml Ige/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.1a. 60 ml H₂O/13.3 g AKP/8.3 ml Ige/40 ml adhesive. Foam from General Foam was used as foam.
1b. 60 ml H&sub2;O/13,3 g AKP/8,3 ml Ige/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.1b. 60 ml H₂O/13.3 g AKP/8.3 ml Ige/40 ml adhesive. Foam from FOAMX was used as foam.
2a. 60 ml H&sub2;O/22,4 g AKP/16,7 ml Ige/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.2a. 60 ml H₂O/22.4 g AKP/16.7 ml Ige/40 ml adhesive. Foam from General Foam was used.
2b. 60 ml H&sub2;O/22,4 g AKP/16,7 ml Ige/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.2b. 60 ml H₂O/22.4 g AKP/16.7 ml Ige/40 ml adhesive. Foam from FOAMX was used as foam.
3a. 50 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/16,7 ml Ige/50 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.3a. 50 ml H₂O/22.35 g AKP/16.7 ml Ige/50 ml adhesive. Foam from General Foam was used.
3b. 50 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/16,7 ml Ige/50 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.3b. 50 ml H₂O/22.35 g AKP/16.7 ml Ige/50 ml adhesive. Foam from FOAMX was used as foam.
Kleb. = Klebstoff, Synthemul; Phenolanfangskonzentration = 110,6 ppm. Tabelle 19 Adhesive = Adhesive, Synthemul; initial phenol concentration = 110.6 ppm. Table 19
Dieser Versuch diente dazu, zu zeigen, daß kationische Tenside sogar noch unannehmbarere Eigenschaften aufweisen als die nichtionischen Tenside. In diesen Versuchen wurde die Funktionsfähigkeit von gemischtem Alkyltrimethylammoniumbromid (ATAB) als Suspendierhilfe untersucht. Es stellte sich heraus, daß ATAB keine Suspension von AKP im Latexklebstoff ergibt, sondern vielmehr noch stärkere Verklumpung des AKP als ohne ATAB-Zusatz hervorruft. Der Versuch wurde wie folgt durchgeführt: Zu jeweils 28 mL schnell gerührtem Wasser in drei separaten Bechergläsern wurden der Reihe nach 8,94 g AKP (mit anschließendem 3 Minuten langem Rühren, um das AKP zu suspendieren), 0,05, 1,25 bzw. 2,5 g ATAB (mit anschließendem 1 Minute langem Rühren zum Lösen) und schließlich 12 mL des Klebstoffs Synthemul gegeben. Alle drei Suspensionsversuche zeigten starke Verklumpung, wobei der Versuch mit 2,5 g ATAB praktisch vollständige Trennung des AKP von der Suspension ergab. Der Versuch mit 1,25 g ATAB wurde weitergeführt, wobei das Material zur Beschichtung eines 25x25x25 mm (1 Zoll x 1 Zoll x 1 Zoll) großen Würfels aus Schaumstoff der Firma General Foam verwendet wurde. Nach Aushärtung und Bestimmung wurde ein Alpha-Wert von 758 berechnet. Die Phenolanfangskonzentration betrug 103,8 ppm. Die Suspension sah stark verklumpt aus. Die Phenolendkonzentration betrug 12,99 ppm, das Gewicht der Zusammensetzung 0,9281 g und der Alpha-Wert 753.This experiment was designed to demonstrate that cationic surfactants have even more unacceptable properties than non-ionic surfactants. In these experiments, the functionality of mixed alkyltrimethylammonium bromide (ATAB) as a suspending aid was investigated. It was found that ATAB does not result in suspension of AKP in the latex adhesive, but rather causes even greater clumping of the AKP than without the addition of ATAB. The test was conducted as follows: To each of 28 mL of rapidly stirred water in three separate beakers were added, in sequence, 8.94 g of AKP (followed by stirring for 3 minutes to suspend the AKP), 0.05, 1.25, and 2.5 g of ATAB (followed by stirring for 1 minute to dissolve), and finally 12 mL of Synthemul adhesive. All three suspension tests showed severe clumping, with the test with 2.5 g ATAB resulting in virtually complete separation of the AKP from the suspension. The test with 1.25 g ATAB was continued using the material to coat a 25x25x25 mm (1 in. x 1 in. x 1 in.) cube of General Foam foam. After curing and determination, an alpha value of 758 was calculated. The initial phenol concentration was 103.8 ppm. The suspension appeared very clumpy. The final phenol concentration was 12.99 ppm, the weight of the composition was 0.9281 g and the alpha value was 753.
Die Gesamtschlußfolgerung aus dieser Versuchsreihe lautet, daß ein kationisches Tensid die Aufrechterhaltung einer Suspension erschwert (es verursacht Verklumpung des AKP) und auch zur Beeinträchtigung der Phenolbindung durch das AKP neigt.The overall conclusion from this series of experiments is that a cationic surfactant makes it difficult to maintain suspension (it causes clumping of the ACP) and also tends to interfere with the phenol binding by the ACP.
Diese Versuchsreihe diente dazu, zu zeigen, daß das einzige annehmbare Tensid zur Aufrechterhaltung einer Suspension in Synthemul ohne übermäßige Beieinträchtigung des Phenolbindevermögens des AKP ein anionisches Tensid ist. Bei Verwendung des anionischen Tensids Dowfax 2A1 wurde nicht nur die Verklumpung des AKP beseitigt, sondern auch die Phenolbindungsaktivität weitgehend erhalten. Der Versuch wurde wie folgt durchgeführt. Die Versuche wurden in vier Gruppen durchgeführt. Im Versuch "a" einer jeden Gruppe wurde als Substrat Schaumstoff der Serie 13000 der Firma General Foam verwendet, im Versuch "b" hingegen Scott Blue Foamex. In allen diesen Versuchen wurde schnell gerührtem Wasser zunächst AKP und anschließend Tensid, dann der Klebstoff und schließlich das PUS- Substrat zugesetzt. Vor den in den der Tabelle aufgeführten Versuchen wurde bestimmt, welche ungefähre Tensidmindestmenge bei der verwendeten AKP-Menge zur Aufrechterhaltung einer unverklumpten Suspension erforderlich ist. Wie der folgenden Tabelle zu entnehmen ist, ergaben alle vier Formulierungen aus Wasser, AKP, dem Tensid Dowfax und dem Klebstoff Synthemul (mit Schaumstoff der Firmen General Foam oder Foamex als Substrat) Verbundstoffe mit hoher Aktivität. Der Schaumstoff der Firma General Foam ergibt immer einen Verbundstoff mit einem höheren Alpha-Wert als der der Firma Foamex, da er aufgrund von größeren Poren pro Zoll und einer daraus resultierenden größeren Gewichtszunahme eine größere Oberfläche aufweist.The purpose of this series of experiments was to demonstrate that the only acceptable surfactant for maintaining suspension in Synthemul without unduly affecting the phenol binding capacity of the AKP is an anionic surfactant. Using the anionic surfactant Dowfax 2A1 not only eliminated the clumping of the AKP but also largely retained the phenol binding activity. The experiment was carried out as follows. The experiments were carried out in four groups. In experiment "a" of each group, General Foam 13000 series foam was used as the substrate, while experiment "b" used Scott Blue Foamex. In all of these experiments, AKP was added to rapidly stirred water first and then Surfactant, then the adhesive, and finally the PUS substrate were added. Prior to the tests shown in the table, it was determined what approximate minimum amount of surfactant was required for the amount of ACP used to maintain a non-clumping suspension. As can be seen in the table below, all four formulations of water, ACP, Dowfax surfactant, and Synthemul adhesive (with General Foam or Foamex foam as the substrate) produced composites with high activity. The General Foam foam always produces a composite with a higher alpha value than the Foamex foam because it has a higher surface area due to larger pores per inch and a resulting greater weight gain.
Überschüssiges Tensid hat die Neigung, das Phenolbindevermögen des an den Verbundstoff gebundenen AKP herabzusetzen. So ist aus dem Vergleich der Alpha- Werte der Versuche 1a und 1b mit denen der Versuche 3a und 3b ersichtlich, daß die Erhöhung der Klebstoffmenge von 6,25 auf 8,34 mL in den genannten Versuchen zu einer Herabsetzung des Alpha-Werts um eine Größenordnung von fast 50% führt. Dies zeigt, wie wichtig es ist, die Tensidmenge, die mindestens dazu erforderlich ist, das AKP in Suspension zu halten, zu verwenden. Die Erhöhung der Tensidkonzentration führt zur Herabsetzung des über den Alpha-Wert bestimmten Phenolbindevermögens. Eine ähnliche Schlußfolgerung läßt sich aus dem Vergleich der Versuche 2a und 2b mit den Versuchen 4a und 4b ziehen, bei denen nur halb so viel Klebstoff eingesetzt wurde wie in 1a, 1b, 3a und 3b. Die Schlußfolgerung aus dieser Versuchsreihe lautet, daß ein anionisches Tensid eine Suspension von AKP in dem carboxylierten Polyacrylat als Klebstofflatex gut aufrechterhält Auf den ersten Blick scheint das überschüssige Tensid einfach die Adsorption von Phenol durch das AKP zu beeinträchtigen. Das bei Verwendung von mehr Tensid festgestellte niedrigere Gewicht im fertigen Verbundstoff zeigt jedoch, daß auf diesen Verbundstoffen weniger Aufschlämmung und damit weniger AKP vorliegt. Somit scheint das Tensid zwar tatsächlich die Phenolbindeeigenschaften des AKP geringfügig zu beeinträchtigen, aber dazu trägt auch bei, daß die Erhöhung der Tensidmenge die Menge des an den PUS- Träger gebundenen AKP herabsetzt. Weniger AKP führt aber zu geringerem Phenoladsorptionsvermögen.Excess surfactant tends to reduce the phenol binding capacity of the ACP bound to the composite. Thus, by comparing the alpha values of tests 1a and 1b with those of tests 3a and 3b, it can be seen that increasing the amount of adhesive from 6.25 to 8.34 mL in the above tests results in a reduction in the alpha value by an order of magnitude of almost 50%. This shows how important it is to use the minimum amount of surfactant required to keep the ACP in suspension. Increasing the surfactant concentration leads to a reduction in the phenol binding capacity determined by the alpha value. A similar conclusion can be drawn from comparing tests 2a and 2b with tests 4a and 4b, in which only half as much adhesive was used as in 1a, 1b, 3a and 3b. The conclusion from this series of experiments is that an anionic surfactant maintains a suspension of AKP in the carboxylated polyacrylate adhesive latex well. At first glance, the excess surfactant appears to simply interfere with the adsorption of phenol by the AKP. However, the lower weight in the final composite observed when more surfactant is used indicates that less slurry and hence less AKP is present. Thus, although the surfactant does appear to slightly impair the phenol binding properties of the AKP, this is also due to the fact that increasing the amount of surfactant reduces the amount of AKP bound to the PUS carrier. However, less AKP leads to lower phenol adsorption capacity.
Die Bestandteile und die Zugabereihenfolge für jede Probe lauteten wie folgt:The ingredients and addition order for each sample were as follows:
1a. 60 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/6,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.1a. 60 ml H₂O/22.35 g AKP/6.3 ml 2A1/40 ml adhesive. Foam from General Foam was used as foam.
1b. 60 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/6,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.1b. 60 ml H₂O/22.35 g AKP/6.3 ml 2A1/40 ml adhesive. The foam used was FOAMX foam.
2a. 80 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/6,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.2a. 80 ml H₂O/22.35 g AKP/6.3 ml 2A1/40 ml adhesive. Foam from General Foam was used.
2b. 80 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/6,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.2b. 80 ml H₂O/22.35 g AKP/6.3 ml 2A1/40 ml adhesive. Foam from FOAMX was used as foam.
3a. 60 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/8,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.3a. 60 ml H₂O/22.35 g AKP/8.3 ml 2A1/40 ml adhesive. Foam from General Foam was used.
3b. 60 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/8,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.3b. 60 ml H₂O/22.35 g AKP/8.3 ml 2A1/40 ml adhesive. The foam used was made by FOAMX.
4a. 80 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/8,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.4a. 80 ml H₂O/22.35 g AKP/8.3 ml 2A1/40 ml adhesive. General Foam was used as foam.
4b. 80 ml H&sub2;O/22,35 g AKP/8,3 ml 2A1/40 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.4b. 80 ml H₂O/22.35 g AKP/8.3 ml 2A1/40 ml adhesive. The foam used was made by FOAMX.
Kleb. = Klebstoff, Synthemul; 2A1 = Tensid Dowfax 2A1; Phenolanfangskonzentration = 101,3 ppm. Tabelle 20 Adhesive = Adhesive, Synthemul; 2A1 = Surfactant Dowfax 2A1; Initial phenol concentration = 101.3 ppm. Table 20
Dieser Versuch diente dazu, diese Entdeckung auf ein anderes anionisches Tensid auszudehnen. In diesem Beispiel wurde Dowfax 8390 untersucht. Dowfax 8390 setzt sich aus Dinatriumhexadecyldiphenyloxiddisulfonat und Dinatriumdihexadecyldiphenyloxiddisulfonat zusammen. Es wurde analog Beispiel 23 verfahren.This experiment was designed to extend this discovery to another anionic surfactant. In this example, Dowfax 8390 was investigated. Dowfax 8390 is composed of disodium hexadecyldiphenyl oxide disulfonate and disodium dihexadecyldiphenyl oxide disulfonate. The procedure was analogous to Example 23.
Bei Verwendung von 1 bzw. 1,5 mL Dowfax 8390 bzw. Dowfax 3B2 in den folgenden Prüfungen aggregierte das AKP unannehmbar stark. Diese Verbundstoffe wurden nicht auf ihr Phenolbindevermögen untersucht.When 1 and 1.5 mL of Dowfax 8390 and Dowfax 3B2 were used in the following tests, the ACP aggregated to an unacceptable extent. These composites were not tested for their phenol binding capacity.
Die Bestandteile und die Zugabereihenfolge für jede Probe lauteten wie folgt:The ingredients and addition order for each sample were as follows:
1a. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/2,0 ml 8390/7,2 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.1a. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/2.0 ml 8390/7.2 ml adhesive. Foam from General Foam was used as foam.
1b. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/2,0 ml 8390/7,2 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.1b. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/2.0 ml 8390/7.2 ml adhesive. The foam used was FOAMX foam.
2a. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/2,5 ml 8390/7,2 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.2a. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/2.5 ml 8390/7.2 ml adhesive. Foam from General Foam was used.
2b. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/2,5 ml 8390/7,2 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.2b. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/2.5 ml 8390/7.2 ml adhesive. Foam from FOAMX was used as foam.
3a. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/3,0 ml 8390/7,2 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet.3a. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/3.0 ml 8390/7.2 ml adhesive. Foam from General Foam was used.
3b. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/3,0 ml 8390/7,2 ml Kleb. Als Schaumstoff wurde Schaumstoff der Firma FOAMX verwendet.3b. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/3.0 ml 8390/7.2 ml adhesive. The foam used was made by FOAMX.
Kleb. = Klebstoff, Synthemul; 8390 = Tensid Dowfax 8390; Phenolanfangskonzentration = 101,5 ppm. Tabelle 21 Adhesive = Adhesive, Synthemul; 8390 = Surfactant Dowfax 8390; Initial phenol concentration = 101.5 ppm. Table 21
Die daraus gezogenen Schlußfolgerungen entsprechen denen des Beispiels 23.The conclusions drawn from this correspond to those of Example 23.
Dieser Versuch diente dazu, diese Entdeckung auf noch ein weiteres anderes anionisches Tensid auszudehnen. In diesem Beispiel wurde Dowfax 3B2 untersucht. Dowfax 3B2 setzt sich aus Dinatriumdecyl(sulfophenoxy)benzolsulfonat und Dinatriumoxybis(decylbenzolsulfonat) zusammen. Es wurde analog Beispiel 23 verfahren.This experiment was designed to extend this discovery to yet another anionic surfactant. In this example, Dowfax 3B2 was tested. Dowfax 3B2 is composed of disodium decyl(sulfophenoxy)benzenesulfonate and disodium oxybis(decylbenzenesulfonate). The procedure was analogous to Example 23.
Bei Verwendung von 1 bzw. 1,5 mL Dowfax 3B2 in der folgenden Prüfung aggregierte das AKP wie schon im Fall von Dowfax 8390 unannehmbar stark. Diese Verbundstoffe wurden nicht auf ihr Phenolbindevermögen untersucht.When 1 or 1.5 mL of Dowfax 3B2 was used in the following test, the ACP aggregated to an unacceptable extent, as was the case with Dowfax 8390. These composites were not tested for their phenol binding capacity.
Die Bestandteile und die Zugabereihenfolge für jede Probe entsprachen denen des Beispiels 24, nur wurde anstelle von Dowfax 8930 Dowfax 3B2 verwendet. Tabelle 22 The ingredients and addition sequence for each sample were the same as in Example 24, except that Dowfax 3B2 was used instead of Dowfax 8930. Table 22
Die daraus gezogenen Schlußfolgerungen entsprechen denen der Beispiele 23 und 24.The conclusions drawn from this correspond to those of Examples 23 and 24.
Dieser Versuch diente dazu, festzustellen, ob zur Verhinderung der Aggregation des AKP der Einsatz eines zwitterionischen Tensids möglich ist, das aber nicht zugleich die Phenolbindung des fertigen Verbundstoffs beeinträchtigt. In diesem Versuch wurde N-Dodecyl-N,N- dimethyl-3 -amino-1-propansulfonat (DDAP) untersucht. Diese Verbindung fungiert als Tensid mit sowohl einer kationischen als auch einer anionischen Molekülkomponente. Es wurde analog Beispiel 23 verfahren. Bei dem in diesen Prüfungen verwendeten PUS handelte es sich um Schaumstoff der Serie 13000 der Firma General Foam.The purpose of this experiment was to determine whether it was possible to use a zwitterionic surfactant to prevent aggregation of the AKP without affecting the phenolic binding of the final composite. In this experiment, N-dodecyl-N,N-dimethyl-3-amino-1-propanesulfonate (DDAP) was investigated. This compound acts as a surfactant with both a cationic and an anionic molecular component. The procedure was analogous to Example 23. The PUS used in these tests was General Foam's 13000 series foam.
Ganz analog zu den Ergebnissen der Prüfungen mit den anionischen Tensiden Dowfax 8390 bzw. 3B2 wurde festgestellt, daß die niedrigeren Mengen an Tensid DDPA (1,2 und 1,5 g) die Verklumpung der AKP-Suspensionen nicht verhinderten, wobei sich Verklumpung auf der Oberfläche der PUS-Würfel und geringere Gewichtszunahme des PUS ergab (siehe Tabelle 23). Der Alpha-Wert stieg mit Erhöhung des DDAP an, wobei sich eine geringere Verklumpung und erhöhte PUS-Gewichtszunahme ergab. Bei Verwendung von 1,8 g DDAP wurde die Verklumpung vollständig beseitigt (siehe Tabelle 23). Die Leistungsfähigkeit dieses Tensids unterscheidet sich nicht allzusehr von der in Beispiel 25 für das anionische Tensid Dowfax 3B2 festgestellten. Der höchste erhaltene Alpha- Wert (3280 mit Schaumstoff der Firma General Foam als Substrat) liegt jedoch immer noch weit unter dem mit den anionischen Tensiden erhaltenen Bereich von 10.000 bis 13.000. Dies ist wohl in erster Linie auf die geringere Menge der an das PUS-Substrat gebundenen Aufschlämmung (siehe das Gewicht der Verbundstoffe) zurückzuführen.In analogy to the results of the tests with the anionic surfactants Dowfax 8390 and 3B2, respectively, it was found that the lower amounts of surfactant DDPA (1.2 and 1.5 g) did not prevent the clumping of the ACP suspensions, resulting in clumping on the surface of the PUS cubes and less PUS weight gain (see Table 23). The alpha value increased with increasing DDAP, resulting in less clumping and increased PUS weight gain. Using 1.8 g of DDAP completely eliminated clumping (see Table 23). The performance of this surfactant is not too different from that observed in Example 25 for the anionic surfactant Dowfax 3B2. However, the highest alpha value obtained (3280 with General Foam foam as substrate) is still far below the range of 10,000 to 13,000. This is probably primarily due to the lower amount of slurry bound to the PUS substrate (see the weight of the composites).
Die Bestandteile und die Zugabereihenfolge für jede Probe lauteten wie folgt:The ingredients and addition order for each sample were as follows:
1. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/1,2 ml DDAP/7,2 ml Kleb.1. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/1.2 ml DDAP/7.2 ml adhesive.
2. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/1,5 ml DDAP/7,2 ml Kleb.2. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/1.5 ml DDAP/7.2 ml adhesive.
3. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/1,8 ml DDAP/7,2 ml Kleb.3. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/1.8 ml DDAP/7.2 ml adhesive.
4. 16,8 ml H&sub2;O/5,4 g AKP/2,4 ml DDAP/7,2 ml Kleb.4. 16.8 ml H₂O/5.4 g AKP/2.4 ml DDAP/7.2 ml adhesive.
Kleb. = Klebstoff, Synthemul; DDAP = Tensid N-Dodecyl- N,N-dimethyl-3-amino-1-propansulfonat; Phenolanfangskonzentration = 96,6 ppm. Tabelle 23 Adhesive = Adhesive, Synthemul; DDAP = surfactant N-dodecyl- N,N-dimethyl-3-amino-1-propanesulfonate; initial phenol concentration = 96.6 ppm. Table 23
Dieser Versuch diente dazu, festzustellen, ob ein Alkylsulfonat mit geradkettiger Alkylgruppe als Tensid bezüglich der Verhinderung von Verklumpung und keiner allzu großen Beeinträchtigung der Phenolbindungsaktivität des fertigen AKP-Verbundstoffs ähnliche Eigenschaften wie die anderen anionischen Tenside aufweist. In diesem Beispiel wurde Schaumstoff der Firma General Foam verwendet, da der Auftrag von Aufschlämmung auf diesen kleinporigen Schaumstoff Verklumpung des AKP leichter erkennen läßt als bei Verwendung eines großporigen Schaumstoffs wie z.B. Scott Blue Foamex. Die Herstellung der Aufschlämmung und deren Auftrag auf den PUS erfolgt wie vorstehend beschrieben. Dem Wasser wurde zunächst die Tensidlösung (9 g SDS, mit deionisiertem Wasser auf 100 mL aufgefüllt), dann das AKP und schließlich der Klebstoff Synthemul (55 bis 57% Feststoffe) zugesetzt. Wie der folgenden Tabelle zu entnehmen ist, ergaben alle SDS- Konzentrationen mäßige Verklumpung des AKP in der Suspen sion und starke Verklumpung des AKP auf der Oberfläche der Würfel aus Schaumstoff der Firma General Foam. Dabei scheint das SDS die Bindung von Phenol durch das AKP zu beeinträchtigen, da die Herstellung des Verbundstoffs aus Aufschlämmungen mit abnehmenden Tensidmengen Verbundstoffe mit höherer Aktivität ergab. Das bedeutet, daß der mit der niedrigsten Tensidkonzentration hergestellte Verbundstoff einen viermal höheren Alpha-Wert aufwies wie der mit der dreimal größeren Tensidkonzentration hergestellte Verbundstoff. Daraus läßt sich die Schlußfolgerung ziehen, daß disulfonierte anionische Tenside, wie z.B. Dowfax 2A1 und 3B2, gute Wirkung zeigen, geradkettige monosulfonierte Tenside dagegen nicht. Der Grund dafür ist unklar. Als mögliche Gründe für die überlegene Leistungsfähigkeit des disulfonierten Tensids sind zu nennen:The purpose of this test was to determine whether a straight-chain alkyl sulfonate surfactant would have similar properties to the other anionic surfactants in preventing clumping and not affecting too much the phenol binding activity of the final AKP composite. In this example, General Foam foam was used because applying slurry to this small-pore foam makes clumping of the AKP easier to detect than when using a large-pore foam such as Scott Blue Foamex. The slurry is prepared and applied to the PUS as described above. The surfactant solution (9 g SDS, diluted to 100 with deionized water) was first added to the water. mL), then the ACP, and finally Synthemul adhesive (55 to 57% solids) were added. As can be seen from the table below, all SDS concentrations resulted in moderate clumping of the ACP in the suspension and severe clumping of the ACP on the surface of the General Foam foam cubes. The SDS appears to interfere with the binding of phenol by the ACP, since preparation of the composite from slurries with decreasing amounts of surfactant produced composites with higher activity. That is, the composite prepared with the lowest surfactant concentration had an alpha value four times that of the composite prepared with three times the surfactant concentration. It can be concluded that disulfonated anionic surfactants, such as Dowfax 2A1 and 3B2, work well, whereas straight chain monosulfonated surfactants do not. The reason for this is unclear. Possible reasons for the superior performance of the disulfonated surfactant include:
1. Erhöhte Ladungsdichte von zwei eng benachbarten geladenen Gruppen.1. Increased charge density of two closely adjacent charged groups.
2. Höhere Elektrolytstärke der disulfonierten Tenside in Vergleich zu den monosulfonierten.2. Higher electrolyte strength of the disulfonated surfactants compared to the monosulfonated ones.
3. Das Vorliegen einer Etherbrücke in den disulfonierten Dowfax-Tensiden ermöglicht bessere Konformationsanpassung und damit innigere Wechselwirkungen mit den Zielionen/Zieloberflächen.3. The presence of an ether bridge in the disulfonated Dowfax surfactants enables better conformational adaptation and thus more intimate interactions with the target ions/target surfaces.
4. Verbesserte Stabilisierung der Latexteilchen aufgrund effizienterer Latexteilchenbelegung und höherer Ladungsdichte im Fall der disulfonierten Tenside.4. Improved stabilization of the latex particles due to more efficient latex particle coverage and higher charge density in the case of the disulfonated surfactants.
Die Bestandteile und die Zugabereihenfolge für jede Probe lauteten wie folgt:The ingredients and addition order for each sample were as follows:
1. 0 ml H&sub2;O/16,8 ml Ten./5,4 g AKP/7,2 ml Kleb.1. 0 ml H₂O/16.8 ml Ten./5.4 g AKP/7.2 ml Glue.
2. 4,2 ml H&sub2;O/12,6 ml Ten./5,4 g AKP/7,2 ml Kleb.2. 4.2 ml H₂O/12.6 ml Ten./5.4 g AKP/7.2 ml Glue.
3. 7,4 ml H&sub2;O/9,5 ml Ten./5,4 g AKP/7,2 ml Kleb.3. 7.4 ml H₂O/9.5 ml Ten./5.4 g AKP/7.2 ml Glue.
4. 9,7 ml H&sub2;O/7,1 ml Ten./5,4 g AKP/7,2 ml Kleb.4. 9.7 ml H₂O/7.1 ml Ten./5.4 g AKP/7.2 ml Glue.
5. 11,55 ml H&sub2;O/5,3 ml Ten./5,4 g AKP/7,2 ml Kleb.5. 11.55 ml H₂O/5.3 ml Ten./5.4 g AKP/7.2 ml Glue.
Kleb. = Klebstoff, Synthemul; Ten. = Tensidlösung aus 9 g Natriumdodecylsulfat, in Wasser gelöst und auf ein Gesamtvolumen von 100 ml aufgefüllt; Phenolanfangskonzentration = 99,4 ppm. Tabelle 24 Kleb. = Adhesive, Synthemul; Ten. = Surfactant solution of 9 g sodium dodecyl sulfate, dissolved in water and made up to a total volume of 100 ml; initial phenol concentration = 99.4 ppm. Table 24
Die Versuche des Beispiels 28 betreffen die Verwendung von Ammoniumcaseinat als Suspendierhilfe. Die nachfolgend angegebenen Ergebnisse belegen die überlegene Leistungsfähigkeit von mit dem Caseinat hergestellten Trägern.The tests in Example 28 concern the use of ammonium caseinate as a suspending aid. The results given below demonstrate the superior performance of carriers made with the caseinate.
Eine Ammoniumcaseinatlösung wurde wie folgt hergestellt. Zu 200 mL schnell gerührtem deionisiertem Wasser wurden zunächst 5 g salzsaures Casein Typ HC-200 (National Casein Co., Chicago, Il., USA) und anschließend 1 mL einer Ammoniumhydroxidlösung, die durch Auffüllen von 68,49 mL 29,2 gew.-%igem (spez. D. 0,899) Ammoniakwasser mit deionisiertem Wasser auf 100 mL hergestellt worden war, gegeben. Diese Lösung wurde innerhalb von etwa 0,5 h hergestellt.An ammonium caseinate solution was prepared as follows. To 200 mL of rapidly stirred deionized water were added first 5 g of hydrochloric acid casein type HC-200 (National Casein Co., Chicago, Il., USA) and then 1 mL of an ammonium hydroxide solution prepared by filling 68.49 mL of 29.2 wt.% (spec. D. 0.899) ammonia water to 100 mL with deionized water. This solution was prepared within about 0.5 h.
Aufschlämmungen mit dem Ammoniumcaseinat als Suspendierhilfe wurden wie folgt hergestellt. Zu 25 mL einer gerührten Lösung der Ammoniumcaseinatlösung wurden 12,5 g AKP gegeben. Es wurde noch einige Minuten weitergerührt, bis sich eine glatte Suspension ergab. Diese gerührte Mischung wurde zunächst mit 6,25 g Latexklebstoff Synthemul 40404 (bzw. Hycar) und anschließend mit 11,75 mls Wasser versetzt und die Suspension 15 Min. lang nachgerührt.Slurries containing the ammonium caseinate as a suspending aid were prepared as follows. To 25 mL 12.5 g of AKP were added to a stirred solution of the ammonium caseinate solution. Stirring was continued for a few minutes until a smooth suspension was obtained. This stirred mixture was first mixed with 6.25 g of Synthemul 40404 latex adhesive (or Hycar) and then with 11.75 ml of water and the suspension was stirred for a further 15 minutes.
Aufschlämmungen mit Dowfax 2A1 als Suspendierhilfe wurden analog dazu hergestellt.Slurries containing Dowfax 2A1 as a suspension aid were prepared analogously.
In allen nachstehenden Versuchen wurde ein 25x25x25 mm (1 Zoll x 1 Zoll x 1 Zoll) großer Würfel aus Schaumstoff der Serie 13000 der Firma General Foam in der gerührten Aufschlämmung zwecks Austreiben von Luft zusammengedrückt und dann zum Ausquetschen von überschüssiger Aufschlämmung durch zwei auf einen Abstand von 2,11 mm eingestellte Walzen geführt.In all of the tests below, a 25 x 25 x 25 mm (1 in. x 1 in. x 1 in.) cube of General Foam 13000 Series foam was compressed in the agitated slurry to expel air and then passed through two rollers set 2.11 mm apart to squeeze out excess slurry.
Die Ergebnisse der folgenden Versuche sind in der beigefügten Tabelle zusammengefaßt.The results of the following tests are summarized in the attached table.
Versuch Nr. 1 diente dazu, zu zeigen, daß man einen aktiven, stabilen Verbundstoff dadurch erhalten kann, daß man zunächst einen Würfel aus mit Aufschlämmung beschichtetem PUS lufttrocknet und dann ohne schädliche Auswirkungen auf eine Temperatur von 150ºC erhitzt. Der mit Aufschlämmung beschichtete PUS wurde unter Verwendung von Ammoniumcaseinat, Hycar und AKP Typ C wie oben beschrieben hergestellt. Die Probe wurde dann 18 Stunden lang an der Luft trocknen gelassen und anschließend unmittelbar vor der Phenolbindungsbestimmung 10 Minuten lang auf 150ºC erhitzt. Der erhaltene Verbundstoff zeigte hervorragende Bindeeigenschaften und schien in Wasser recht stabil zu sein. Bei dem für diesen Verbundstoff erhaltenen Alpha-Wert handelt es sich um den höchsten erhaltenen Wert überhaupt. Die Aushärtung bei 150ºC hat keine schädlichen Auswirkungen auf die Bindungsaktivität des Verbundstoffs.Experiment #1 was designed to demonstrate that an active, stable composite can be obtained by first air drying a cube of slurry coated PUS and then heating it to a temperature of 150ºC without deleterious effects. The slurry coated PUS was prepared using ammonium caseinate, Hycar and AKP Type C as described above. The sample was then allowed to air dry for 18 hours and then heated to 150ºC for 10 minutes immediately prior to phenol binding determination. The resulting composite showed excellent binding properties and appeared to be quite stable in water. The alpha value obtained for this composite is the highest value obtained anywhere. Curing at 150ºC has no deleterious effects on the binding activity of the composite.
Versuch Nr. 3 diente dazu, zu zeigen, daß das Erhitzen eines luftgetrockneten Verbundstoffs auf 150ºC nicht unbedingt erforderlich ist und durch Lufftrocknen bei Umgebungstemperatur (etwa 22ºC) ersetzt werden kann.Experiment No. 3 was designed to demonstrate that heating an air-dried composite to 150ºC is not absolutely necessary and can be replaced by air-drying at ambient temperature (about 22ºC).
Diese Probe wurde analog Nr. 1 hergestellt, jedoch mit der Abwandlung, daß der mit Aufschlämmung beschichtete PUS-Würfel 48 h lang luftgetrocknet und anschließend 18 h lang in einem Vakuumofen bei 30ºC getrocknet wurde. Der erhaltene Verbundstoff wies hervorragende Phenolbindeeigenschaften auf und schien in Wasser recht stabil zu sein. Der aus der Phenolbestimmung erhaltene Alpha-Wert entspricht weitgehend dem aus Versuch Nr. 1. Dazu ist zu bemerken, daß die Trocknung im Vakuumofen für die Ausübung der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ist und nur zum Austreiben von Feuchtigkeit dient, damit man ein genaues Trockengewicht der Probe erhält. Andere Präparate, die nicht vakuumgetrocknet wurden, wiesen im wesentlichen die gleichen Eigenschaften auf wie diejenigen, die nur luftgetrocknet wurden (länger als 48 h).This sample was prepared in the same way as #1, except that the slurry-coated PUS cube was air dried for 48 hours and then dried in a vacuum oven at 30°C for 18 hours. The resulting composite had excellent phenol binding properties and appeared to be quite stable in water. The alpha value obtained from the phenol determination was largely consistent with that of Experiment #1. It should be noted that the vacuum oven drying is not essential to the practice of the present invention and is only used to drive off moisture to obtain an accurate dry weight of the sample. Other preparations that were not vacuum dried had essentially the same properties as those that were only air dried (for more than 48 hours).
Die Versuche 5, 6 und 7 dienten dazu, zu zeigen, daß das Erhitzen der Aufschlämmung auf 150ºC als alleiniger Aushärtungsschritt nicht zur angemessenen Aushärtung des mit Aufschlämmung beschichteten PUS ausreicht, wie sich an der fehlenden Beständigkeit gegen Ablösen in einem wäßrigen System zeigt. Mit Aufschlämmung beschichtete Würfel aus PUS wurden wie oben beschrieben hergestellt. Für Versuch 5 wurde ein frisch beschichteter Würfel in einen auf 150ºC eingestellten Ofen gebracht und 10 Min. lang gehärtet. Nach der Entnahme aus dem Ofen wurde er auf Raumtemperatur abgekühlt (etwa eine Minute lang) und dann in die Phenolbindelösung eingebracht. Nach der Bestimmung war die Phenollösung sehr milchig, wobei ein großer Teil des AKP im Überstand vorlag. Dies weist eindeutig auf eine unzureichende Aushärtungszeit hin, was zu schlechter Haftung zwischen Latexklebstoff und AKP führt. Versuch 6 entsprach Versuch 5, jedoch mit der Abwandlung, daß der mit Aufschlämmung beschichtete Würfel aus PUS nach dem Erhitzen, aber vor der Bestimmung 24 Stunden an der Luft trocknen gelassen wurde. Versuch 7 entsprach Versuch 5, jedoch mit der Abwandlung, daß der mit Aufschlämmung beschichtete Würfel aus PUS vor dem 10 Minuten langen Erhitzen 24 Stunden lang luftgetrocknet wurde. In den beiden letztgenannten Versuchen wiesen die erhaltenen Verbundstoffe hervorragende Phenolbindeeigenschaften auf und schienen in Wasser recht stabil zu sein. Die aus den Phenolbestimmungen erhaltenen Alpha-Werte entsprechen weitgehend den in Versuch 1 erhaltenen.Runs 5, 6 and 7 were designed to demonstrate that heating the slurry to 150ºC as the sole curing step is not sufficient to adequately cure the slurry coated PUS as evidenced by the lack of resistance to peeling in an aqueous system. Slurry coated PUS cubes were prepared as described above. For Run 5, a freshly coated cube was placed in an oven set at 150ºC and cured for 10 min. After removal from the oven, it was cooled to room temperature (approximately one minute) and then placed in the phenolic binding solution. When determined, the phenolic solution was very milky with much of the ACP in the supernatant. This clearly indicates insufficient cure time resulting in poor adhesion between the latex adhesive and ACP. Experiment 6 was the same as Experiment 5, except that the slurry-coated PUS cube was allowed to air dry for 24 hours after heating but before determination. Experiment 7 was the same as Experiment 5, except that the slurry-coated PUS cube was air dried for 24 hours before heating for 10 minutes. In the last two experiments, the The resulting composites exhibited excellent phenol binding properties and appeared to be quite stable in water. The alpha values obtained from the phenol determinations largely correspond to those obtained in Experiment 1.
Versuch 8 diente dazu, zu zeigen, daß man anstelle des in Versuch 2 verwendeten Klebstoffs Hycar den Latexklebstoff Synthemul 40404 einsetzen kann. Ansonsten erfolgte die Herstellung des Verbundstoffs analog Versuch 2. Der erhaltene Verbundstoff wies hervorragende Phenolbindeeigenschaften auf und schien in Wasser recht stabil zu sein. Der aus der Phenolbestimmung erhaltene Alpha- Wert entspricht weitgehend dem in Versuch 1 erhaltenen.Test 8 was used to show that the latex adhesive Synthemul 40404 can be used instead of the Hycar adhesive used in test 2. Otherwise, the composite was prepared in the same way as in test 2. The resulting composite had excellent phenol binding properties and appeared to be quite stable in water. The alpha value obtained from the phenol determination largely corresponds to that obtained in test 1.
Versuch 9 diente, ähnlich wie Versuch 8, dazu, zu zeigen, daß man anstelle des in Versuch 3 verwendeten Klebstoffs Hycar den Latexklebstoff Synthemul 40404 einsetzen kann. Ansonsten erfolgte die Herstellung des Verbundstoffs analog Versuch 3. Der erhaltene Verbundstoff wies hervorragende Phenolbindeeigenschaften auf und schien in Wasser recht stabil zu sein. Der aus der Phenolbestimmung erhaltene Alpha-Wert entspricht weitgehend dem in Versuch 1 erhaltenen. Die Versuche 11 bzw. 12 entsprachen den Versuchen 1 und 6, jedoch mit der Abwandlung, daß das Casein durch Dowfax 2A1 ersetzt wurde. Zwar schien der erhaltene Verbundstoff in Wasser recht stabil zu sein, jedoch war der aus der Phenolbestimmung erhaltene Alpha-Wert niedriger als der mit Casein als Suspendierhilfe erhaltene. Tabelle 25 Experiment 9 was similar to Experiment 8 to demonstrate that the latex adhesive Synthemul 40404 could be used instead of the Hycar adhesive used in Experiment 3. Otherwise, the composite was prepared in the same way as in Experiment 3. The resulting composite had excellent phenol binding properties and appeared to be quite stable in water. The alpha value obtained from the phenol determination was largely the same as that obtained in Experiment 1. Experiments 11 and 12 were the same as Experiments 1 and 6, but with the modification that the casein was replaced by Dowfax 2A1. Although the resulting composite appeared to be quite stable in water, the alpha value obtained from the phenol determination was lower than that obtained using casein as a suspending aid. Table 25
A. 18 H LUFTTROCKNEN + 10 MIN. 150ºC-OFENA. 18 H AIR DRYING + 10 MIN. 150ºC OVEN
B. 48 H LUFTTROCKNEN + 18 H 30ºC-VAKUUMOFENB. 48 H AIR DRYING + 18 H 30ºC VACUUM OVEN
C. 10 MIN. 150C-OFENC. 10 MIN. 150C OVEN
D. 10 MIN. 150C-OFEN + 24 H LUFTTROCKNEND. 10 MIN. 150C OVEN + 24 H AIR DRY
KLEB. =KLEBSTOFF, D.H. HYCAR BEDEUTET HYCAR 2671 DER FIRMA BF GOODRICH; SYNTH BEDEUTET SYNTHEMUL 40404-00 DER FIRMA REICHOLD CHEMICAL.ADHESIVE =GLUE, IE HYCAR MEANS HYCAR 2671 OF THE COMPANY BF GOODRICH; SYNTH MEANS SYNTHEMUL 40404-00 OF THE REICHOLD CHEMICAL COMPANY.
* AMM.CASE. = AMMONIUMCASEINAT; ** DOWFAX = TENSID DOWFAX 2A1* AMM.CASE. = AMMONIUM CASEINATE; ** DOWFAX = SURFACTANT DOWFAX 2A1
BEI DER BINDUNGSBESTIMMUNG WURDEN KLEBSTOFF & AKP IN DEN ÜBERSTAND ABGEGEBEN; DIES TRAT BEI KEINER DER ANDEREN PROBEN AUF.DURING THE BINDING DETERMINATION, GLUE & ACP WERE RELEASED INTO THE SUPERNATNANT, THIS WAS NOT OCCURRED IN ANY OF THE OTHER SAMPLES.
BESTIMMUNGSVOLUMEN = 100 mls.DETERMINATION VOLUME = 100 mls.
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